JP2729570B2

JP2729570B2 - 鋼材表面の自動疵取り方法および装置

Info

Publication number: JP2729570B2
Application number: JP29916993A
Authority: JP
Inventors: 英之清原; 三男吉田; 貴幸小竹; 正樹松倉; 則之富川; 芳廣松野
Original assignee: NORITAKE KANPANII RIMITEDO KK; Nippon Steel Corp
Current assignee: NORITAKE KANPANII RIMITEDO KK; Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-09-30
Filing date: 1993-09-30
Publication date: 1998-03-18
Anticipated expiration: 2013-03-18
Also published as: JPH07100756A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は鋼材の表面疵を回転する
円盤状砥石の周面より効率良く且つ過不足なく研削、除
去する方法と装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来は、鋼材の表面疵の手入れにおい
て、前工程の探傷装置により検出された疵の有る部分に
オペレーターがチョーク，ペイント等で鋼材に印をつけ
ておき、これを目印にして、グラインダーでオペレータ
ーが目視で疵がなくなるまで研削を行うのが一般的であ
った。この場合、オペレーターが目視で疵の残存を確実
に確認することは難しく、安全側で実際の疵深さよりか
なり深めに研削するために能率低下、歩留り低下等の問
題があり、また、かなり深め研削していても疵の取り残
しが発生する問題が免い切れないのが実状であった。近
年、自動探傷装置、自動疵取り装置が開発されつつあ
り、自動探傷装置においては、疵深さをも自動的に検出
されるに至っている。しかし、疵の位置と深さの情報を
得ていても、疵取り作業がオペレーターの手動による場
合、疵がなくなるまで研削する条件はオペレーターの経
験に基づく判断にまかされているため、上記の問題点は
依然、解消されなかった。

【０００３】一方、自動疵取り装置としては、例えば、
特開昭６２−２９７０５７号公報に示されるように、グ
ラインダーの研削圧力および研削パス回数をパラメータ
ーとして研削パターンを予め設定しておき、研削自動化
を行うものがある。しかし、研削圧力を一定にしても、
砥石は目づまり等により、研削時の切刃状況は一定でな
いため、実際の研削量は変動し、安定して所定の深さの
研削ができない問題がある。また、研削量を制御する因
子が不充分であり、材料歩留り、砥石の原単位を考えた
システムとは言えない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、疵
の深さをも検出する探傷装置は開発されたにも拘らず、
検出された疵を過不足なく適切に除去する手段が開発さ
れていないのが実状であった。先ず、本発明者等は上記
問題を解決する一手段として、グラインダー砥石の鋼材
表面からの食い込み量によって研削深さを制御する方法
を試みた。しかし、この方法でも砥石自体の磨滅による
砥石粒子の介在により、疵を確実に除去できなく、ま
た、研削時の振動、粉塵等の悪環境によりグラインダー
砥石の鋼材表面からの食い込み量を精度良く検出するこ
とが難しいことが判った。以上の状況を鑑み、本発明は
前工程の探傷装置で得られた疵深さ情報等により、疵部
分を過不足なく適切に除去する手段を提供するものであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、（１）前工程の探傷装置から鋼材の表面疵情報を得て、
回転する円盤状砥石の周面により該表面疵を研削、除去
する鋼材表面の自動疵取り方法において、予め求めてお
いた鋼材表面疵の深さ及び位置及び鋼種及び砥石の径及
び研削移動速度と砥石回転駆動用モーターの負荷電流と
の関係から表面疵を除去するための研削回数が最少とな
る前記モーターの目標負荷電流を求めて、前記モーター
の実負荷電流が前記求められた目標負荷電流となるよう
に砥石押し付け圧力を制御することを特徴とする鋼材表
面の自動疵取り方法であり、

【０００６】（２）前工程の探傷装置から鋼材の表面疵
情報を入力する手段を有し該入力した表面疵情報に基づ
き回転する円盤状砥石の周面により該表面疵を研削、除
去する鋼材表面の自動疵取り装置において、上位情報処
理手段から鋼材の種類を入手する手段と、前記入力した
表面疵情報のうち疵深さ及び位置と前記入力した鋼材の
種類と予め設定された前記砥石の径及び研削移動速度と
から表面疵を除去するための研削回数が最少となる砥石
回転駆動用モーターの目標負荷電流を求める演算手段
と、前記モーターの実負荷電流が前記求められた目標負
荷電流値となるように砥石押し付け圧力を制御する制御
手段とを有したことを特徴とする鋼材表面の自動疵取り
装置である。

【０００７】

【作用】本発明は、単位時間当たりの研削量（鋼材の研
削される体積）がグラインダー砥石回転駆動用モーター
の負荷電流に比例することに着目し完成したものであ
る。以下、図により詳細に説明する。図１に示すように
一般に研削モーターは直流モーターでしかも基底回転数
以上〔弱め界磁範囲〕の範囲でのみ速度コントロールさ
れているため、仕事量はモーターの電流値に比例する。

【０００８】図２，図３に平面研削状態での単位時間当
たりの研削量と電流値との関係について研削試験結果を
示す。図２は低炭素鋼〔１０Ｃ程度〕、図３はバネ鋼の
試験結果を示す。どちらも、砥石径φ６１０ｍｍ，周速
度４８００ｍ／ｍｉｎで、平面研削時のデーターであ
る。鋼種による差はあるが、研削量と電流値とには、非
常に強い相関があることが明白であり、研削量と電流値
との関係を関数化することは可能である。実線はデータ
ーのばらつきを考えた下限を示す。また、鋼種について
は、低炭素鋼，中炭素鋼，高炭素鋼，合金鋼等４〜５種
類程度の分類で実用上は問題ないと考えられる。

【０００９】図４に砥石の径の影響について示してい
る。図５に角鋼材におけるコーナー部と平面部との研削
部位の差の影響を示している。両図から、砥石径が小さ
い方が、また、コーナー部の方が研削量が大きくなる傾
向があることが判る。これは砥石と材料の接触部の面積
が小さくなるため、他の条件が同一であっても面圧が高
くなり、砥石の切刃が変わりやすく、自生作用が促進さ
れるためだと考えられる。

【００１０】また、円筒形状の丸鋼材等についても平面
研削より研削量は多くなると推定されるが、角鋼材と同
様に単位時間当たりの研削量は研削モーターの電流値に
相関があると容易に推定される。疵は前工程から疵位
置，深さをさらに鋼種情報等を上位の計算機を通して情
報入手し、またグラインダー本体にて砥石種類，砥石径
及び、研削位置（平面研削，コーナー研削，円筒状研
削）の情報から確実にしかも効率的な研削条件を単位時
間当たりの研削量とモーターの電流値の相関関係をもと
に自動設定する。このことによって、最適な研削条件の
設定と確実に疵を取り除くための自動化を同時に成立さ
れるものである。

【００１１】

【実施例】図６に研削モーターの電流値を一定とする設
備概要を示す。図７に制御フローを示す。研削モーター
１の電流値が設定電流値となるように油圧サーボバルブ
２にて押しつけ圧力をコントロールする。例えば砥石が
目詰まりしてくると、砥石３と材料４との摩擦係数が小
さくなり、トルクが下がるため研削モーターの電流値が
小さくなろうとするため、押しつけ圧力を上げてトルク
が一定となるようにコントロールする。逆に、砥石の切
刃が新しい場合は砥石と材料との摩擦係数が大きくな
り、トルクが上がるため、電流値が大きくなろうとする
ため、押しつけ圧力を下げてトルクが一定となるように
コントロールする。これにより、常に研削モーターの電
流値を一定にする。

【００１２】図８に本発明の自動的かつ効率的な最適研
削条件の設定についての考え方の一例を示す。鋼種をパ
ラメーターとして単位時間当たりの研削量を研削電流値
で制御する場合、この関係に影響する因子として砥石
径，研削する部位があり、これらは図４，５により補正
係数を決定して、制御補正を行う。研削部位については
補正係数を用いずに、図５の実線をそのまま関数化して
しまう方法もある。

【００１３】この他にも砥石の種類及び砥石の周速等が
研削量に影響すると考えられるが、実際には砥石の種類
については製品の仕上がり品質等の確保の関係から、固
定されているのが通常である。また、砥石の周速につい
ては一般に高速である方が研削量が多くなる傾向があ
る。ところが安全上、砥石の周速には最大周速が決めら
れている。さらに研削モーターの弱め界磁範囲において
砥石径が最大（新品）径〜廃棄径まで変化するために、
一般的には最大径では砥石の安全上の最大周速に制限さ
れ廃棄径では研削モーターの最大回数によって制限され
る。したがってコントロール範囲非常に狭いため図８の
例では、これらの因子については取り込んでいないが、
その影響度を事前にデーターベース化してシステムに取
り込むことは可能である。

【００１４】また、単位時間当たりの研削量が同じであ
っても、材料の研削搬送速度が異なると研削深さは変化
する。つまり（単位時間当たりの研削量／研削搬送速
度）が研削断面の面積を示す。この研削断面の面積を制
御することにより、ビレットの表面疵を確実に取り除く
ことができる。

【００１５】次に自動的かつ効率的な最適研削条件の設
定の考え方のフローを示す。前工程から、疵深さ情報と
砥石径測定装置６の砥石径情報により、疵を削り取るの
に必要な研削断面積を算出する。したがって、疵を削り
取るのに必要な単位時間当たりの研削量ｑ_０は次式で表
される。（必要研削量ｑ_０ｍｍ^３／ｓｅｃ）＝（研削断面Ｓ
_０ｍｍ^２）×（材料の研削搬送速度Ｖｍｍ／ｓｅ
ｃ）１パス当たりの最大研削量Ｑ_ＭＡＸは設備能力もしくは
製品品質面から決定される（例えば低炭素鋼）。設備能
力は最大研削負荷、つまりモーターの容量によって最大
研削量Ｑ_ＭＡＸが決定される（例えば高炭素鋼）。ま
た、製品品質面において材質によっては研削負荷が大き
いと研削表面に焼きが入る。この場合は品質上問題のな
い負荷で研削できる研削量をＱ_ＭＡＸとする。この最大
研削量Ｑ_ＭＡＸは事前に試験等によってデーターベース
化しておく。

【００１６】必要研削量ｑ_０より最大研削量Ｑ_ＭＡＸが
小さい場合は、研削電流値を単位時間当たりの研削量と
電流値との関係により最適な電流値を設定することによ
り、１パスで過不足なく疵を取り除くことが可能であ
る。必要研削量ｑ_０より、最大研削量Ｑ_ＭＡＸが大きい
場合は最大研削量Ｑ_ＭＡＸで、複数パスの研削を行い、
最終パスにおいて電流値を適正に設定することにより疵
を確実に効率よくしかも必要以上に研削しない最適研削
が可能である。研削電流値ではなく、材料搬送速度を制
御することにより研削深さを制御することも考えられ
る。

【００１７】（１）鋼種別（実用上４〜５種類程度）の
研削量と研削電流値の関係及び１パス当たりの最大研削
可能量Ｑ_ＭＡＸ（２）砥石径の研削量に与える影響
（３）研削部位の研削量に与える影響以上のデーターを
試験等によって、データーベース化しておき、研削材料
の除法として（４）鋼種（５）疵の深さ（６）研削
部位研削装置の情報として、（７）砥石径（８）材料
の研削搬送速度の情報を収集する。〔ＣＡＳＥ１〕疵を除去するための必要研削量が１パ
ス当たりの最大研削可能量Ｑ_ＭＡＸより小さい場合は設
定電流値を（１）式より設定し、１パスで疵を取り除
く。〔ＣＡＳＥ２〕疵を除去するための必要研削量が１パ
ス当たりの最大研削可能量Ｑ_ＭＡＸより大きい場合は最
大研削可能量Ｑ_ＭＡＸで複数回研削し最終パスは設定電
流値を（１）式より設定し最終パスで疵を取り除く。以上のロジックを計算機を用いてシステム化することに
より、不必要な研削をすることなく、効率的に、確実
に、かつ自動的に疵を取り除くことが可能である。

【００１８】以下に、更に具体的な実施例について説明
する。疵深さＤが１．０ｍｍの場合について図８のフロ
ーにしたがって最終研削条件の設定を行った。この時の
研削条件は以下の通りである。（１）鋼種：低炭素鋼（２）砥石径Ｄ：φ５００ｍｍ
（３）研削位置：平面（８）研削の材料搬送速度Ｖ：
４００ｍｍ／ｓｅｃ最大研削量の設定は設備上決定され、研削モーターの最
大負荷は９０Ａである。

【００１９】図９に疵深さと必要研削量との関係を示
す。Ｒを砥石の半径，θを研削部分の弧がつくる中心角
の半分とすると、研削断面の断面積Ｓ_０は以下の式で表
現される。Ｓ_０＝（Ｄ／２）^２×（θ−ＳＩＮ（２θ）／２）＝２９．８ｍｍ^２疵を削り取るのに必要な単位時間当たりの研削量ｑ
_０は、研削断面の断面積Ｓ_０と材料の研削搬送速度Ｖを
掛け合わせたものである。ｑ_０＝Ｓ_０×Ｖ＝２９．８ｍｍ^２×５００ｍｍ／ｓｅｃ
＝１４，８９８ｍｍ^３／ｓｅｃ

【００２０】また、図２から低炭素鋼の研削モーターの
電流値Ａと単位時間当たりの研削量Ｑとは相関があるこ
とから、単位時間当たりの研削量Ｑと研削モーターの電
流値Ａの関係を疵を確実に除去するためのデーターのバ
ラツキを考慮して、下限レベルで関数化した。（図２の
実線）Ｑ＝Ｆ（Ａ）＝３７．５×Ａ−３７５ …（１）

【００２１】また、砥石径の影響を図４から求める。図
２は新品の砥石径φ６１０ｍｍのデーターである。現在
仕様している砥石径はφ５００ｍｍであるから、φ６１
０の時に比較して約１．１５倍研削量が多い。砥石径の
影響を補正する補正係数Ｋ１は、Ｋ１＝１．１である。
研削部位の影響を表す補正係数Ｋ２は平面研削であるの
で、Ｋ２＝１．０である。したがって、単位時間当たり
の研削量Ｑは以下のように表現される。Ｑ＝Ｆ（Ａ）×Ｋ１×Ｋ２ …（２）

【００２２】１パス当たりの最大研削可能量Ｑ_ＭＡＸは
設備最大負荷の電流値９０Ａであるから上式より算出さ
れる。Ｑ_ＭＡＸ＝Ｆ（Ａ）×Ｋ１×Ｋ２ …（３）＝（３７．５×Ａ−３７５）×１．１×１．０＝３，３００ｍｍ^３／ｓｅｃ疵を除去するための必要研削量は１４，８９８ｍｍ^３／
ｓｅｅ，１パス当たりの最大研削可能量Ｑ_ＭＡＸ＝３，
３００ｍｍ^３／ｓｅｃであるから、最大研削可能条件で
４パス研削し、残り分を研削電流値の設定を変更して研
削した。１４，８９８ｍｍ^３／ｓｅｃ＝３，３００ｍｍ^３／ｓｅ
ｃ×４パス＋１，６９８ｍｍ／ｓｅｃ残り分は１，６９８ｍｍ^３／ｓｅｅであるから、設定電
流値は（１）式より、３５．３Ａの設定として５パス目
の研削を行った。以上により、過剰な研削をすることな
く、疵を確実に取り除くことができた。

【００２３】

【発明の効果】本発明により、疵を確実に、効率よく、
自動的に取り除くことが可能となり、しかも、過剰な研
削がなくなり、省力化が図られ、更に能力向上、歩留り
向上、鋼材品質の向上、砥石原単位の低減が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】直流電動機のトルクと仕事率（ＫＷ）の特性を
示した図。

【図２】低炭素鋼の平面研削における単位時間当たりの
研削量と研削モーターの電流値の関係を示した図。

【図３】ばね鋼の平面研削における単位時間当たりの研
削量と研削モーターの電流値の関係を示した図。

【図４】低炭素鋼の平面研削における単位時間当たりの
研削量に与える砥石径の影響を表した図。

【図５】低炭素鋼のコーナー研削における単位時間当た
りの研削量と研削モーターの電流値の関係を示すと共に
平面研削とコーナー研削の補正係数を得るための図。

【図６】研削モーターの電流値を一定とする設備構成の
一例を示す略図。

【図７】研削モーターの電流値を一定とする制御フロー
の一例を示すフロー図。

【図８】最適研削条件を設定するロジックのフローの一
例を示すフロー図。

【図９】必要研削量ｑ_０の算出根拠を示す略図。

【符号の説明】

１研削用モーター２サーボバルブ３砥石４研削鋼材（ビレット）５砥石押しつけ用油圧シリンダー６砥石径検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小竹貴幸北海道室蘭市仲町12番地新日本製鐵株式会社室蘭製鐵所内 (72)発明者松倉正樹北海道室蘭市仲町12番地新日本製鐵株式会社室蘭製鐵所内 (72)発明者富川則之愛知県名古屋市西区則武新町３−１−36 株式会社ノリタケカンパニーリミテド内 (72)発明者松野芳廣愛知県名古屋市西区則武新町３−１−36 株式会社ノリタケカンパニーリミテド内

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】前工程の探傷装置から鋼材の表面疵情報
を得て、回転する円盤状砥石の周面により該表面疵を研
削、除去する鋼材表面の自動疵取り方法において、予め
求めておいた鋼材表面疵の深さ及び位置及び鋼種及び砥
石の径及び研削移動速度と砥石回転駆動用モーターの負
荷電流との関係から表面疵を除去するための研削回数が
最少となる前記モーターの目標負荷電流を求めて、前記
モーターの実負荷電流が前記求められた目標負荷電流と
なるように砥石押し付け圧力を制御することを特徴とす
る鋼材表面の自動疵取り方法。
【請求項２】前工程の探傷装置から鋼材の表面疵情報
を入力する手段を有し該入力した表面疵情報に基づき回
転する円盤状砥石の周面により該表面疵を研削、除去す
る鋼材表面の自動疵取り装置において、上位情報処理手
段から鋼材の種類を入手する手段と、前記入力した表面
疵情報のうち疵深さ及び位置と前記入力した鋼材の種類
と予め設定された前記砥石の径及び研削移動速度とから
表面疵を除去するための研削回数が最少となる砥石回転
駆動用モーターの目標負荷電流を求める演算手段と、前
記モーターの実負荷電流が前記求められた目標負荷電流
値となるように砥石押し付け圧力を制御する制御手段と
を有したことを特徴とする鋼材表面の自動疵取り装置。