JP4980263B2 - 研削装置及び研削制御方法 - Google Patents

Description

本出願は、研削装置及び研削制御方法に関し、特に、砥石落下を未然に防ぐ研削装置及び研削制御方法に関する。

近年、製鋼工程において鋳片（連続鋳造された鉄鋼を一定の長さで切断した直方体の鋼材である）の表面を研削する研削装置は、鋳片表面から研削砥石が落下することによって生じる砥石破損事故、及び、復旧処理による遅延を少なくすることで、研削工程の処理速度の向上を図ることが求められている。

このような砥石落下が生じる原因の１つは、鋳片の輪郭測定の精度が低いことがある。そのため、砥石落下の防止に関係する技術としては、正確に鋳片の形状を把握し、さらに、位置決め精度の高いサーボモータ等を用いることで砥石落下を防ぐものがある。しかしながら、鋳片輪郭の測定タイミングは、研削前の一度に限られるため、研削寸前又は研削中に鋳片の揺動が生じた場合、揺動後の鋳片の位置を検出することができなくなる。かかる場合、測定位置と実際の鋳片位置に相違が生じて、砥石落下が生じる。

上述のような問題点に鑑み、鋳片の輪郭測定値だけに依存せず、鋳片表面研削中に鋳片端部の位置を判断して、研削砥石の落下事故を減少する研削装置及び制御方法が求められている。

上記課題を解決するために、鋳片の表面を研削する研削砥石と、鋳片の輪郭を測定する測定装置と、研削砥石を鋳片の表面に圧着させる砥石押付装置と、研削砥石の圧着位置の高さを検出する圧着位置検出装置と、鋳片の表面上にある研削砥石を移動する移動手段と、測定した輪郭の端部から所定距離内で研削砥石の圧着位置の高さを記憶し、記憶した圧着位置の高さの平均と、研削砥石の実際の圧着位置の高さとの差が閾値以上となるか否かを判断し、差が閾値以上である場合、研削砥石の圧着圧力を下げるように制御する制御部と、を有する研削装置が提供される。

さらに、上記課題を解決するために、鋳片の表面を研削する研削装置を用いた研削制御方法であって、鋳片の輪郭を測定し、研削砥石を鋳片の表面に圧着し、研削砥石を鋳片の表面で移動し、研削砥石の圧着位置の高さを検出し、測定した輪郭の端部から所定距離内で研削砥石の圧着位置の高さを記憶し、記憶した圧着位置の高さの平均と、研削砥石の実際の圧着位置の高さとの差が閾値以上となるか否かを判断し、差が閾値以上である場合、研削砥石の圧着圧力を下げるように制御する研削制御方法が提供される。

差が閾値未満の場合、研削砥石の圧着圧力を維持しても良く、判断は、測定した輪郭の端部から所定距離内で行っても良い。

この研削装置又は研削制御方法は、研削砥石の高さの変動から鋳片端部の位置判断を行うことで、砥石落下を未然に防ぎ、砥石落下による研削工程の遅延を防ぐことができる。

また、この研削装置又は研削制御方法は、鋳片端部と判断した場合、研削砥石の圧着圧力をゼロにし、研削処理を中断することなく鋳片研削処理を続行するため、中断処理発生による研削能率の低下を防ぐことができる。

以下、図面を参照して、本願の研削装置の実施の形態を説明する。
図１は、研削装置１０の概略を示す平面図である。図１を用いて、研削装置１０の一例を説明する。以下では、図１の左右方向をＸ軸方向といい、図１の上下方向をＹ軸方向といい、図１の紙面直交方向をＺ軸方向という。

研削装置１０は、鋳片Ｓを搬送する２つのコンベア１２、１４上に配置される。鋳片Ｓは、研削装置により表面を研削されると、図１の右側から左側へ搬送される。
研削装置１０は、研削砥石３２、支柱３４、砥石回転用モータ３５、第１及び第２レーザ距離計４２、４３、支柱３４と連結して研削砥石３２をＹ軸方向に移動させるためのキャリッジ３０、キャリッジ３０を積載し且つ研削砥石３２をＸ軸方向に移動させるための台車２０、及び、制御装置７０（図２参照）を有する。

２つの鋳片Ｓは、コンベア１２、１４により図１の右側から左側へ搬送される。台車２０は、２本のＸ軸レール１６、１８上を車輪で移動することにより、研削砥石３２をＸ軸方向に移動させる。キャリッジ３０は、台車２０上のＹ軸レール５３、５４上を移動することで、研削砥石３２をＸ軸方向に移動させる。
キャリッジ３０には、鋳片Ｓの側面との距離を測定するための第１及び第２レーザ距離計４２、４３が取付けられている。第１及び第２レーザ距離計４２、４３は、後述するように、台車２０をＸ軸方向に移動させながら、鋳片Ｓの側面との距離を測定するために用いられる。

図２は、研削装置１０の概略を示すＸ軸左側からの側面図である。
台車２０は、図２に示すサーボモータであるＸ軸用サーボモータ２５によって駆動される。台車２０の移動量は、Ｘ軸用エンコーダ２６によって検出される。Ｘ軸用エンコーダ２６は歯車を有しており、この歯車がＸ軸レール１６に並行して設けられたラックと噛み合うことによって、台車２０の移動量が測定される。Ｘ軸用エンコーダ２６で測定された移動量のデータは、制御装置７０に伝送される。また、キャリッジ３０は、支柱５７、５８で支えられたレールビーム５１、５２上のＹ軸レール５３、５４上を、車輪５５、５６を用いてＹ軸方向に移動する。なお、Ｘ軸上の研削砥石３２の動作精度は、Ｙ軸での動作精度と比して要求が低いため、Ｘ軸用モータは、インバータ制御モータとしても良い。

図３は、研削装置１０の概略を示すＹ軸下部側からの側面図である。
キャリッジ３０は、Ｙ軸レール５３、５４上を車輪５５、５６でＹ軸方向に移動可能に載置されている。Ｙ軸用のモータは、サーボモータ６１である。よって、キャリッジ３０のＹ軸方向の細かい位置制御を精度良く実行可能である。キャリッジ３０の移動量は、Ｙ軸用エンコーダ６３によって検出される。Ｙ軸用エンコーダ６３は歯車を有しており、この歯車がレールビーム５１の内側側面に並行して設けられたラックと噛み合うことによって、キャリッジ３０の移動量が測定される。このＹ軸用エンコーダ６３で測定された移動量のデータも、制御装置７０に伝送される。

研削砥石３２は、支柱３４に取付けられている。支柱３４は、Ｚ軸用シリンダ３８によってキャリッジ３０に対して昇降可能に取付けられている。さらに、キャリッジ３０には、この研削砥石３２を、Ｖベルト３３を介して回転させるための砥石回転用モータ３５、研削時に研削砥石３２を押付けるための研削押付用シリンダ３６が設けられる。さらに、図３に示すように、Ｚ軸用シリンダ３８には、研削砥石３２の高さを検出するためのＺ軸用エンコーダ６２が取付けられている。Ｚ軸用エンコーダ６２は歯車を有しており、この歯車が支柱３４に沿って設けられたラックと噛み合うことによって支柱３４の移動量が測定され、研削砥石３２の高さが検出される。

また、研削砥石３２の高さ位置は、支柱３４の高さと独立して研削押付用シリンダ３６によって上下する。そのため、Ｖベルト３３の傾きから研削砥石３２の高さ位置を検出するための圧着位置検出装置３７が備え付けられる。制御装置７０は、Ｚ軸用エンコーダ６２及び圧着位置検出装置３７からの検出位置の両方を取得することで、研削砥石３２のＺ軸上の位置を演算することが可能となる。

さらに、図示していないが、研削装置１０には、研削時に発生する粉塵を収集するダクトが、研削砥石３２に対向する位置に取付けられ、ダクトは、集塵機に接続されている。

図４を用いて、制御装置７０のハードウェア構成について説明する。
制御装置７０は、互いにバス７８で接続されたプロセッサ７１、メモリやハードディスク等である記憶装置７２、ＤＶＤドライブ等である外部記憶装置７３、ディスプレイやプリンタ等である出力装置７４、キーボード等である入力装置７５、及び入出力インタフェース部７６を有する。
入出力インタフェース部７６は、Ｘ軸用サーボモータ２５、Ｙ軸用サーボモータ６１、Ｚ軸用シリンダ３８、砥石回転用モータ３５、砥石押付用シリンダ３６、Ｘ軸用エンコーダ２６、Ｙ軸用エンコーダ６３、Ｚ軸用エンコーダ６２、第１及び第２レーザ距離計４２、４３に接続されている。

プロセッサ７１は、Ｘ軸用エンコーダ２６、Ｙ軸用エンコーダ６３、Ｚ軸用エンコーダ６２、第１及び第２レーザ距離計４２、４３からの入力データを用いて、記憶装置７２に格納された制御プログラムを実施することにより、Ｘ軸用サーボモータ２５、Ｙ軸用サーボモータ６１、Ｚ軸用シリンダ３８、砥石回転用モータ３５、砥石押付用シリンダ３６の出力制御を行う。

また、プロセッサ７１は、第１及び第２レーザ距離計４２、４３のＸ軸方向の移動距離と、第１及び第２レーザ距離計４２、４３と鋳片側面間のＹ軸方向の距離をＸＹ座標系で対応付けている。１０ｍｍピッチ程度で都度測定を実施する第１レーザ距離計４２のＸ軸の位置座標と、測定したＹ軸座標を受信し、ＸＹ座標データとして記憶装置７２に格納する。第２レーザ距離計４３についても同様である。この結果、鋳片Ｓの輪郭の各部の位置がＸＹ座標上で特定できる。

図５を用いて、制御装置７０による圧着圧力制御処理のフローを説明する。
最初に、圧着制御用の各種パラメータを設定する（ステップＳ１０１）。パラメータ設定は、入力装置７４を介して手動で入力される。パラメータは、圧着制御位置指定パラメータＤ、移動平均用サンプルを取得するためのピッチを指定するサンプルピッチパラメータＰ、圧力制御判断用閾値Ｒである。
圧着制御は、研削砥石３２が端部位置にあるかどうかの端部判断を行い、端部にいると判断する場合は、研削砥石３２が急激に落下しない圧力に低下させる（好ましくは、圧着圧力をゼロに設定する）制御である。このように、レーザ距離計で取得した鋳片輪郭のＸＹ座標データとは別に端部判断を行うことで、レーザ距離計の測定ミス、測定後の鋳片の移動等の事故に対しても、砥石落下を回避することが可能になる。

端部判断を示す。鋳片Ｓの表面を研削するために、研削砥石３２は非常に大きな力で鋳片ＳをＺ軸方向から押し付けている。研削砥石３２が鋳片表面を研削しながら鋳片の端部付近に移動すると、鋳片ＳはＺ軸下部方向に撓む。そのため、研削砥石３２のＺ軸位置を、圧着位置検出装置３７並びにＺ軸用エンコーダ６２を用いて継続的に測定することで、研削砥石３２のＺ軸位置が下降してくると、鋳片末端に研削砥石３２があると判断することできる。

一方で、鋳片Ｓの表面は必ずしも平坦ではないため、鋳片Ｓの末端部に研削砥石３２が実際には位置していないにもかかわらず、上記末端判断処理によって末端にあると判断する可能性がある。そのため、圧着制御開始位置指定パラメータＤを設定して、レーザ距離計で取得した端部位置から一定の領域を、圧着制御領域として指定する。

図６を用いて、パラメータＤ及びＰを説明する。（ａ）は、鋳片表面上のＤ指定領域を示す平面図である。圧着制御位置指定パラメータＤは、研削装置１０の圧着制御を実施する圧着制御領域を指定するためのパラメータである。図示のように、圧着制御領域１５２は、レーザ測定した鋳片輪郭１５１上に、鋳片端部座標よりＤ（ｍｍ）内側を設定される。研削砥石３２がＤの幅の領域に入ることで、制御部７０は、圧力制御を開始する。

具体的には、圧着制御処理は、下記に示す圧力制御判断を行う。
Ｚｆ−Ｚａ≧Ｒ・・・（式１） このとき、研削砥石３２の圧着圧力をゼロに設定する。
Ｚｆ−Ｚａ＜Ｒ・・・（式２） このとき、研削砥石３２の圧着圧力を維持し、研削実行する。

上式に示すように、移動平均で求めたＺ軸位置（Ｚｆ）と実測Ｚ軸位置（Ｚａ）との差分が、閾値Ｒより大きい場合、圧着圧力を０に設定し、閾値Ｒより小さい場合、研削中断を続行する。このような判断式を用いるのは、鋳片端部は弾性が増すため、移動平均よりも大きな変異を起こすためである。

サンプルパラメータＰは、移動平均用サンプルを取得する座標を指定するためのパラメータである。（ｂ）は、鋳片のＤ指定領域近傍を示す側面図である。サンプル数を５とした場合、取得座標は、研削砥石３２がＸ軸方向に変位する場合、（Ｚ１、Ｘ１）、〜、（Ｚ５、Ｘ５）で指定される。Ｘｎは、以下の式で定義できる。
Ｘｎ＝Ｐ×ｎ＋Ｄ・・・（式３）
Ｙ軸方向に変位する場合であっても、同様に考えることができる。なお、移動平均用サンプルを取得する開始位置は、図６（ａ）のサンプルデータ取得位置１５４として示される。

Ｄの値が大きい場合、端部手前から上記制御処理を実行し続けることになる。Ｄの値が極めて小さい場合、制御処理量は減少する一方で、実際の鋳片と測定した鋳片座標とに食い違いがあると、上記制御処理を実行する前に研削砥石３２が落下するというリスクも増加する。
Ｐの値が大きい場合、移動平均の変動は小さくなり、予測精度を上げるためには、閾値Ｒの数値を大きく設定する必要がある。一方、Ｐの値が小さい場合、移動平均の変動は大きくなり、相対的にＲの数値を小さく設定する必要がある。
ＤもＰの値も、適切な圧着制御処理が行えるように任意に設定可能である。

図５のステップＳ１０２に戻ると、記憶装置７２に格納された制御プログラムが起動する。制御プログラムにより、プロセッサ７１は、鋳片Ｓの輪郭の測定処理を行う（ステップＳ１０２）。この処理では、プロセッサ７１は、Ｘ軸用サーボモータ２５を駆動して、台車２０をＸ軸方向に移動させることで、台車２０に取付けられた第１及び第２レーザ距離計４２、４３をＸ軸方向に移動させる。続いてプロセッサ７１は、第１及び第２レーザ距離計４２、４３がＸ軸方向に所定距離移動する毎に鋳片Ｓの側面との距離を測定するように制御する。これにより、鋳片Ｓの輪郭がＸＹ座標データとして記憶装置７２に格納される。

次に、プロセッサ７１は、研削砥石３２の研削軌跡の算出処理を実行する（ステップＳ１０３）。図６（ａ）の１５３に示すように研削軌跡が決定される。この研削軌跡１５３は、鋳片Ｓの表面を全て研削できるように計画される研削砥石３２の軌跡である。

プロセッサ７１は、研削軌跡に従い、研削砥石３２の研削制御を実行する（ステップＳ１０４）。プロセッサ７１は、Ｘ軸の移動動作では、Ｘ軸用サーボモータ２５を移動制御し、Ｙ軸の移動動作は、Ｙ軸用サーボモータ６１を移動制御し、砥石回転用モータ３５を起動して研削砥石３２を回転させる。

研削装置１０は研削砥石３２による研削を実施する一方で、Ｘ軸又はＹ軸の位置を確認し、移動平均サンプル取得開始位置か否かを判断する（Ｓ１０５）。つまり、図６（ａ）のサンプルデータ取得位置１５４に来た場合、移動平均サンプル取得を開始する。移動平均サンプル取得開始位置に来た場合、プロセッサ７１は、サンプルデータ（Ｚｎ、Ｘｎ）の取得を開始する。具体的には、式３に示す位置Ｘｎ＝Ｐ×ｎ＋Ｄの位置に来た場合、サンプルデータのＸｎを、Ｘ軸用エンコーダ２６（Ｙ方向移動の場合は、Ｙ軸用エンコーダ６３も含む）から取得し（ステップＳ１０６）、Ｚ軸座標Ｚｎは、Ｚ軸用エンコーダ６２及び圧着位置検出装置３７から取得する（ステップＳ１０７）。そして、上記位置に研削砥石３２が移動するときは、ステップＳ１０６及びＳ１０７を繰り返す。

さらに、研削砥石３２が移動し、Ｘ軸又はＹ軸の位置を確認し、圧着制御処理開始位置か否かを判断する（Ｓ１０８）。つまり、図６（ａ）の圧着制御領域１５２に来た場合、上記した圧着制御処理を実行する。プロセッサ７１は、取得したサンプルデータから予測移動平均高さ（Ｚｆ）を計算し（Ｓ１０９）、実際の高さ位置（Ｚａ）を取得する（Ｓ１１０）。次に、プロセッサ７１は、実際の高さを取得する。上記したように、Ｚｆ（移動平均計算高さ）−Ｚａ（実際の高さ）≧Ｒ（閾値）が成立するとき（ステップＳ１１１）、研削砥石３２の圧着圧力をゼロに設定する（ステップＳ１１２）。成立しないとき、さらに研削処理を続行し、Ｚａが変化して式が成立した場合、研削砥石３２の圧着圧力をゼロに設定する（ステップＳ１１２）。
なお、ステップＳ１０８で、研削砥石３２が圧着制御処理開始位置にない場合、サンプルデータの取得し（ステップＳ１０６）、さらに研削砥石３２を移動する（ステップＳ１０７）。

上記したように、この研削装置又は研削制御方法は、研削砥石の高さの変動から鋳片端部の位置判断を行うことで、砥石落下を未然に防ぎ、砥石落下による研削工程の遅延を防ぐことが可能となった。

また、ステップＳ１１２により、圧着圧力がゼロになった場合でも、プロセッサ７１は、研削軌跡に従い研削砥石３２を移動させ、Ｚｆ−Ｚａ＜Ｒが成立するとき、再度圧着圧力を所定値まで上げ研削を続行する。
このように、砥石落下を防ぐと共に、研削処理を中断することなく鋳片研削処理を続行するため、中断処理発生による研削能率の低下を防ぐことが可能となった。

なお、ステップＳ１１２においては、圧着圧力をゼロにするとしたが、実際に砥石落下が生じた場合、砥石が破損しない程度の圧着圧力に下げることとしても良い。

以上説明した実施形態は典型例として挙げたに過ぎず、その変形及びバリエーションは当業者にとって明らかであり、当業者であれば本発明の原理及び請求の範囲に記載した発明の範囲を逸脱することなく上述の実施形態の種々の変形を行えることは明らかである。

図１は、研削装置１０の概略を示す平面図である。 図２は、研削装置１０の概略を示すＸ軸左側からの側面図である。 図３は、研削装置１０の概略を示すＹ軸下部側からの側面図である。 図４は、制御装置７０のハードウェア構成を示す図である。 図５は、制御装置７０による圧着圧力制御処理のフローチャートである。 図６は、圧着制御位置指定パラメータＤ及びサンプルピッチパラメータＰを示す図である。

符号の説明

Ｓ 鋳片
１０ 研削装置
１２、１４ コンベヤ
１６、１８ Ｘ軸レール
２０ 台車
２５ Ｘ軸用サーボモータ
３０ キャリッジ
３２ 研削砥石
３３ Ｖベルト
３４、５７、５８ 支柱
３５ 砥石回転用モータ
３６ 砥石押付用シリンダ
３７ 圧着位置検出装置
３８ Ｚ軸用シリンダ
４２、４３ 第１及び第２レーザ距離計
５１、５２ レールビーム
５３、５４ Ｙ軸レール
６１ Ｙ軸用サーボモータ
７０ 制御装置

Claims (6)

1. 鋳片の表面を研削する研削砥石と、
   前記鋳片の輪郭を測定する測定装置と、
   前記研削砥石を前記鋳片の表面に圧着させる砥石押付装置と、
   前記研削砥石の圧着位置の高さを検出する圧着位置検出装置と、
   前記鋳片の表面上にある前記研削砥石を移動する移動手段と、
   前記測定した輪郭の端部から所定距離内で前記研削砥石の圧着位置の高さを記憶し、前記記憶した圧着位置の高さの平均と、前記研削砥石の実際の圧着位置の高さとの差が閾値以上となるか否かを判断し、前記差が閾値以上である場合、前記研削砥石の圧着圧力を下げるように制御する制御部と、
   を有する研削装置。
2. 前記差が閾値未満の場合、前記研削砥石の圧着圧力を維持する請求項１に記載の研削装置。
3. 前記判断は、前記測定した輪郭の端部から所定距離内で行う請求項１又は２に記載の研削装置。
4. 鋳片の表面を研削する研削装置を用いた研削制御方法であって、
   前記鋳片の輪郭を測定し、
   前記研削砥石を前記鋳片の表面に圧着し、
   前記研削砥石を前記鋳片の表面で移動し、
   研削砥石の圧着位置の高さを検出し、
   前記測定した輪郭の端部から所定距離内で前記研削砥石の圧着位置の高さを記憶し、前記記憶した圧着位置の高さの平均と、前記研削砥石の実際の圧着位置の高さとの差が閾値以上となるか否かを判断し、前記差が閾値以上である場合、前記研削砥石の圧着圧力を下げるように制御する研削制御方法。
5. 前記差が閾値未満の場合、前記研削砥石の圧着圧力を維持する請求項４に記載の研削制御方法。
6. 前記判断は、前記測定した輪郭の端部から所定距離内で行う請求項４又は５に記載の研削制御方法。

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