JP7169229B2

JP7169229B2 - プレート取付装置

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Publication number: JP7169229B2
Application number: JP2019038784A
Authority: JP
Inventors: 守吉村; 淳一船渡; 勇介山口; 俊洋今長谷
Original assignee: Krosaki Harima Corp
Current assignee: Krosaki Harima Corp
Priority date: 2019-03-04
Filing date: 2019-03-04
Publication date: 2022-11-10
Anticipated expiration: 2039-03-04
Also published as: JP2020142248A

Description

本発明は、スライディングノズル装置のプレート収納金枠にプレートを取り付けるプレート取付装置に関する。

溶鋼の連続鋳造で使用されるスライディングノズル装置には、２枚又は３枚の耐火物製のプレートが使用され、それぞれのプレートはそれぞれのプレート収納金枠に取り付けられている。このプレートは損耗して寿命となると、スライディングノズル装置を開いて、それぞれのプレート収納金枠から古いプレートを取り出して、新しいプレートに交換しなければならない。この交換作業は、高温下で行わなければならず、またプレートの重量は重いものでは３０ｋｇ近くになるため、作業者の負担が大きい。

そこで、プレート交換作業の軽労化のために本発明者らは、バランサーやロボットアームに取り付けてプレートを保持することができるプレート保持装置とこれを使用したプレートの取付方法を特許文献１に開示した。

具体的には、図５に示すように、プレート保持装置１は、拡縮手段としての平行ハンド３及びこの平行ハンド３の平行爪３１に取り付けられた一対（２個）の保持部４、並びに平行ハンドの前部に設けられた押付部５を有している。なお、保持部４の両側の先端部にはそれぞれ係合溝４１を有している。

このプレート保持装置１で保持されるプレート２は、図６に示すように、背面に金属製の背面板２０３を有し、側面が金属帯２０５で覆われており、背面板２０３から長手方向に延長して板状の固定部２０９がそれぞれ設けられている。また、プレートの被保持部として、プレートの背面板２０３から延びる板状の係合突起２１０を片側に２個、合計４個有している。

そして、プレート保持装置でプレート２を保持した際には係合突起２１０と係合溝４１の内壁面との間には隙間を確保するようにしている。このように隙間を設けることで、プレート２は隙間の範囲内で任意の方向（プレートの長手方向、幅方向及び厚み方向）に移動することができる。

一方、特許文献１で開示したプレート収納金枠６は、図７に示すように、プレートの２つの固定部２０９をガイドするための２つのガイド突起６１を有している。なお、プレート収納金枠６のガイド突起６１は、基端側が円柱で先端側が円錐台状になっている。

そしてこのプレート収納金枠６にプレート２を取り付ける際は、プレート２の両端部に設けられたそれぞれの固定部２０９の開口部２０９ａを、プレート収納金枠６のそれぞれのガイド突起６１に沿ってプレート２をプレート収納金枠６に挿入してゆくことで、プレート収納金枠６に対してプレート２の前後左右の位置が正確な位置に誘導されることになる。プレート収納金枠６に取り付けられたプレート２は、ロック機構７でプレート収納金枠６から落下しないように保持される。

ところが、本発明者らが、多関節ロボットアームに特許文献１のプレート保持装置１を取り付けて製鉄所で使用されているスライディングノズル装置のプレート収納金枠へプレートの取り付けを行ってみたところ、プレートとプレート収納金枠の底面との間に隙間が生じ、ロック機構によるプレートの保持が不十分になるケースのあることがわかった。このような隙間は、プレート収納金枠を閉じてプレート間に面圧を掛けた際になくなるか、あるいは小さくなるため大きくなければ問題はないが、隙間の程度によっては、プレートがプレート収納金枠にしっかり固定されず落下したり使用中にプレートがずれてしまう問題、あるいは上プレートの場合には上ノズルとの接合面の目地厚みが大きくなる問題がある。使用中にプレートがずれたり、あるいは目地厚みが大きくなると、使用中に漏鋼の危険性がある。

国際公開２０１８／０７４４２４号

本発明が解決しようとする課題は、プレート収納金枠の所定の位置にプレートを確実に取り付けることのできるプレート取付装置を提供することにある。

本発明者らが、上記課題を解決するために種々検討を行ったところ、プレート保持装置で保持したプレートのプレート収納金枠方向への押付操作を、１回目はプレート保持部で保持した状態で行い、２回目はプレート保持部で保持せずに押し付けるという２段階の押付操作とすることで、プレート収納金枠の所定の位置にプレートを確実に取り付けることのできることを知見した。

すなわち、本発明の一観点によれば、次のプレート取付装置が提供される。
スライディングノズル装置用のプレートを保持するための複数の保持部と、前記複数の保持部間の間隔を拡縮する拡縮手段と、前記複数の保持部でプレートを保持したときに当該プレートの中央部を押す押付部と、前記保持部及び／又は前記押付部がプレートより受ける力を検出する力センサとを有するプレート保持装置を、ロボットアームの先端に取り付けてなり、スライディングノズル装置のプレート収納金枠にプレートを取り付けるプレート取付装置であって、
プレート保持装置及びロボットアームの動作を制御する制御部を有し、
前記制御部は、ロボットアームの動作制御により、プレート保持装置に保持されているプレートをプレート収納金枠に向けて移動し、前記力センサが検出した力が所定の閾値になったらプレート保持装置の移動を停止するとともに、拡縮手段の動作制御により前記複数の保持部間の間隔を拡大してプレートを開放し、プレートを開放したままの状態で、ロボットアームの動作制御によりプレート保持装置をさらにプレート収納金枠に向けて移動し、前記力センサが検出した力が所定の閾値になったらプレート保持装置の移動を停止し、ロボットアームの動作制御によりプレート保持装置をプレート収納金枠から離脱して当該プレートをプレート収納金枠に取り付ける、プレート取付装置。

前述した従来技術において、プレートとプレート収納金枠の底面との間に隙間が生じる原因は、プレート収納金枠の底面に対してプレート保持装置が垂直な状態ではなく傾いた状態で近づく場合で、しかもその傾きが大きい場合に発生していると推定される。その結果、プレート保持装置の保持部とプレートの係合突起（被保持部）あるいはプレート収納金枠との干渉が発生して、プレートをプレート収納金枠へ十分に押し付けることができなくなっていると考えられる。

これに対して、本発明では前述した２段階の押付操作とすることで、プレート収納金枠の所定の位置にプレートを隙間なく確実に取り付けることができ、作業能率が向上するとともに安全性も向上する。

本発明の一実施形態であるプレート取付装置の使用状態を示す説明図。図１のプレート取付装置に使用したプレート保持装置の側面図。本発明の一実施形態で使用したプレート（上プレート）の斜視図。本発明の一実施形態におけるプレート（上プレート）、プレート保持装置及び固定金枠（プレート収納金枠）の位置関係を示す説明図。同上。同上。図４ａの部分拡大図。特許文献１に開示されているプレート保持装置の斜視図。特許文献１に開示されているプレート保持装置とプレートの斜視図。特許文献１に開示されているプレートの斜視図。

図１に、本発明の一実施形態であるプレート取付装置の使用状態を示している。また、図２には、図１のプレート取付装置に使用したプレート保持装置を示している。

まず、図２を参照して、本実施形態で使用したプレート保持装置１０１について説明する。
プレート保持装置１０１は、図５に示した特許文献１のプレート保持装置１において、押付部５を押付部９とし、拡縮手段としての平行ハンド３の押付部９とは反対側に力センサ１０を設けたものである。
すなわち、このプレート保持装置１０１は、拡縮手段としての平行ハンド３及びこの平行ハンド３の平行爪３１に設けられた一対（２個）の保持部４、平行ハンド３の本体部３２の前部に設けられた押付部９、及び平行ハンド３の押付部９とは反対側に設けられた力センサ１０を有している。また、保持部４の両側の先端部にはそれぞれ２個の係合溝４１を有している。そして、プレート保持装置１０１でプレートを保持した際には、後述するプレートの係合突起２１０と係合溝４１の内壁面との間にはそれぞれ５ｍｍの隙間を確保するようにしている。このように隙間を設けることで、プレートは隙間の範囲内で任意の方向（プレートの長手方向、幅方向及び厚み方向）に移動することができる。

なお、拡縮手段は平行ハンド３には限定されず、例えば平行チャックを使用することもでき、さらに油圧シリンダーやエアシリンダーなどでも製作することが可能である。また、拡縮手段は、必ずしも一対の保持部４を平行のままで拡縮する構成には限定されず、例えば、一対の保持部の基端部（交点）を中心とする回動動作によって一対の保持部の先端部間の間隔を拡縮する構成とすることもできる。

押付部９は、図５に示した特許文献１のプレート保持装置１の押付部５と同様の構造を有している。ただし、特許文献１では４本のコイルバネが使用されているが、本実施形態の押付部９では７本のコイルバネが使用されている。
すなわち、図２に示すように７本のボルト９３が保持板９１の７個の貫通孔と７本のコイルバネ９４をそれぞれ貫通して基板９５に固定されている。この基板９５は平行ハンド３の本体部３２に取り付けられている。保持板９１には隙間を設けて押付板９２が固定され、保持板９１と押付板９２は一体化している。そして、押付板９２は基板９５側に移動してコイルバネ９４を撓ませることができる。このとき、保持板９１の貫通孔とボルト９３との間に隙間を設けることで、押付板９２は傾いた状態でも移動することができる。この押付板９２の位置は、保持部４（係合溝４１）でプレートを保持したときにコイルバネ９４が撓む位置に設定しており、その結果プレートは、係合溝４１のプレート収納金枠側の内壁面に押し付けられた状態になる。

力センサ１０は、平行ハンドの本体部３２の押付部９とは反対側のフランジ部１０２にボルトで取り付けられている。すなわち、力センサ１０は、保持部４及び／又は押付部９がプレート２より受ける力を検出する力センサである。なお、このように力を検出する力センサは、力覚センサとも称されておりロボットアーム等に一般的に使用されているものを使用することができる。なお、本実施例では力センサ１０として６軸力センサを使用している。

なお、本実施形態においてプレート２は、特許文献１と同じ形状のものを使用している。すなわち、図３に示すようにプレート２は、背面に金属製の背面板２０３を有し、側面が金属帯２０５で覆われており、背面板２０３から長手方向に延長して板状の固定部２０９がそれぞれ設けられている。また、背面板２０３の長手側の両端部にそれぞれ２個、合計４個の係合突起２１０を設けている。また、嵌合凹部２１２は、プレート収納金枠に設けた嵌合凸部（図示していない）と嵌合することで、摺動方向の力を受けてもプレートがずれないようになっている。

次に、図１を参照して、本実施形態のプレート取付装置の使用状態及び全体構成について説明する。
図１において、鋳造が終わった直後の取鍋１１が床１２に設置された取鍋受部１３の上で横に倒されている。この取鍋の底１１１にはスライディングノズル装置１４が取り付けられ、図１の状態では摺動方向がほぼ鉛直となっている。このスライディングノズル装置１４は、上プレート用のプレート収納金枠である固定金枠１４１に対して下プレート用のプレート収納金枠である摺動金枠１４２が開いて、上プレートと下プレートが取り外された状態になっている。

一方、ロボットアーム１５の基端は床１２に設置されたロボットアーム用の架台（図示省略）に固定されており、このロボットアーム１５の先端にはプレート保持装置１０１の力センサ１０のフランジ部がボルトで取り付けられている。このとき、力センサ１０とロボットアーム１５の先端部とは中心軸が一致するように直列に配置される。
なお、このロボットアーム１５は６軸の垂直多関節ロボットアームであり、その先端に取り付けられたプレート保持装置１０１の姿勢や位置を自在に動かすことが可能である。

ロボットアーム１５の先端部分にはカメラ１６ａとレーザー照射機１６ｂを有する立体センサ１６が取り付けられている。カメラ１６ａで撮影された画像は画像処理装置に入力されて、画像処理法によって３次元位置座標が補正される。この座標情報を制御部１７に入力することで、ロボットアーム１５は、プレート保持装置１０１をプレートの取付位置まで移動することができる。一方、力センサ１０の情報は、常に制御部１７に入力されている。そして制御部１７は力センサ１０の情報等に基づいて、プレート保持装置１０１の動作を制御する。

次に、取鍋１１の底１１１に取り付けられたスライディングノズル装置１４の固定金枠１４１にプレート２を取り付ける方法について、図１及び図４ａ～図４ｄを参照して説明する。なお、図４ａ～図４ｄでは、固定金枠１４１の底面１４３に対してプレート保持装置１０１に保持されたプレート２が垂直な状態ではなく傾いた状態で近づく場合の例を示している。また、本実施形態のプレート取付装置１０１によれば、上プレート用のプレート収納金枠である固定金枠１４１と下プレート用のプレート収納金枠である摺動金枠１４２の両方のプレート収納金枠に対してプレートを取付可能であるが、以下では固定金枠１４１への上プレートの取付方法を説明する。なお、上プレートと下プレートは同一形状であり、以下の説明では上プレートのことを単にプレートともいう。

まず、図１において、使用後のプレートが取り外されたスライディングノズル装置１４の固定金枠１４１に対して、レーザー照射機１６ｂからレーザーを照射してカメラ１６ａで撮影し画像処理することで固定金枠１４１の基準位置とのズレを計算して固定金枠１４１の３次元位置座標を補正する。この固定金枠１４１の補正位置を制御部１７にインプットすることで、ロボットアーム１５が動作して、ロボットアーム１５に取り付けられたプレート保持装置１０１は補正位置まで移動される（図４ａの状態）。なお、本実施形態において前述の補正位置は、プレートが収納されるべき固定金枠１４１の所定の位置より、例えば１ｃｍ程度手前の位置に設定している。

図４ａ～図４ｄにおいて、固定金枠１４１には、プレート２の上下の両端の固定部２０９をそれぞれ保持するロック機構７と、プレートの両端の固定部２０９の開口部２０９ａ（図３参照）に嵌合してプレート２の位置決めを行うガイド突起６１とを有している。ガイド突起６１の構造は特許文献１に開示したものと同じであり、ロック機構７は特許文献１とは固定金枠１４１の底１４３に設ける位置は異なるが構造は同じである。

図４ｄに示すように、ロック機構７は、バネ（図示省略）を介して保持ブロック７１がプレートの摺動方向と平行に移動可能に設けられている。プレートの固定部２０９が傾斜面７２に当接して固定金枠１４１の底面１４３方向に移動することで保持ブロック７１がプレートとは反対側に移動し、プレートの固定部２０９が傾斜面７３に接すると保持ブロック７１がプレート側に少し移動してプレートの固定部２０９がロックされる。

また、固定金枠１４１の底１４３にはプレート保持装置１０１の保持部４が入るための凹部６２が、各保持部４に対応する位置に設けられている。この凹部６２は、プレートの背面板２０３を固定金枠１４１の底面１４３に当接させた状態で、プレート保持装置１０１の保持部４の間隔を拡縮可能な大きさとしている。

上プレートと上ノズルとの間には目地材としてモルタルを使用するため、上プレートにはモルタルが塗布された状態で、プレート保持装置に保持される。具体的には、図３において開口部２０４内の突出部２０７とその周囲にモルタルが塗布される。

図４ａでは、プレート保持装置１０１が固定金枠１４１方向に移動してプレートの固定部２０９の開口部が固定金枠１４１のガイド突起６１に係合し始めている。この状態から、プレート２は、プレート保持装置１０１の保持部４の係合溝４１とガイド突起６１の間で位置が調整されながら固定金枠１４１の底面１４３側へ移動してゆく。

そして、図４ｂのようにプレート２の背面板２０３が固定金枠１４１の底面１４３に当接すると力センサ１０で検出される反力としての力が増加してくる。この力が所定の閾値Ａになったときに、プレート保持装置１０１の移動を一旦停止して、保持部４間の間隔を最大に開く。

なお、図４ｂにおいては、プレートの上側の係合突起２１０がプレート保持装置１０１の保持部４の係合溝４１の基端側内壁面に接触し、かつプレート上部の背面板２０３は固定金枠１４１の底面１４３に当接している。一方、プレートの下部の背面板２０３は固定金枠１４１の底面１４３との間に隙間があり、固定部２０９はまだロック機構７でロックされていない。さらに図示していないが、プレート２と上ノズルとの間のモルタルもまだ所定の目地厚みになっていない。この状態では上側の保持部４が固定金枠１４１の底面１４３方向に移動することができず大きな力が生じ、その結果、力センサ１０で検出される力が所定の閾値Ａとなる。

このように力センサ１０で検出される力が所定の閾値Ａとなったら、プレート保持装置１０１の移動を一旦停止して、図４ｃのようにプレート保持装置１０１の保持部４間の間隔を拡大してプレート２を開放する。そうすると、プレートの係合突起２１０と保持部４とが接触しなくなるため力が減少する。その後、プレート保持装置１０１をさらに固定金枠１４１に向けて移動すると、押付部９のみでプレートを固定金枠１４１の底面１４３へ押し付けることができる。このとき押付部９はコイルバネ９４によって任意の方向に傾くことができるためプレート２は、その背面板２０３が固定金枠１４１の底面１４３と平行な姿勢となり、固定部２０９がロック機構７で固定される。なお、図示していないが、プレートの嵌合凹部も収納金枠に設けた嵌合凸部に嵌合した状態になる。
このようにプレート２を開放後、プレート保持装置１０１をさらに固定金枠１４１に向けて移動して押付部９のみでプレートを固定金枠１４１の底面１４３へ押し付けると、力センサ１０で検出される力が増加する。そして、この力が所定の閾値Ｂとなったら、プレート保持装置の移動を停止する。その後、プレート保持装置を固定金枠１４１とは反対方向に移動して固定金枠１４１から離脱する。これにより、プレート２が固定金枠１４１に取り付けられる。

ここで、図４ｃに示すように、プレートを開放する際に拡大する保持部４間の間隔の大きさは、プレート２の係合突起２１０がプレート保持装置１０１の保持部４の係合溝４１から完全に出た状態となることが好ましい。具体的には図２に示した拡縮方向の保持部の内側面４２間の距離が、図３に示したプレートの摺動方向の係合突起の外側面２１０ａ間の距離以上とすることができる。
ただし、保持部４の係合溝４１とプレート２の係合突起２１０との間には隙間を設けているため、この隙間の範囲内でのプレートのずれを考慮すると、拡縮方向の保持部４の内側面４２間の距離は、プレートの摺動方向の係合突起の外側面２１０ａ間の距離に、この隙間の大きさを加えた距離以上とすることができる。
例えば、本実施形態では、保持部４とプレート２の係合突起２１０との隙間は、最初の設定では、保持部４の係合溝４１内で片側５ｍｍの隙間が設けられている。そこでプレート保持装置の拡縮方向の保持部４の内側面４２間の距離は、プレートの摺動方向の係合突起の外側面２１０ａ間の距離３００ｍｍに両側の隙間１０ｍｍを加えた３１０ｍｍ以上とすることができ、本実施形態では３５０ｍｍとしている。
一方、プレートを開放する際に拡大する保持部４間の間隔は、大きすぎると保持部４が固定金枠１４１に接触するおそれがあり、接触してしまうとプレート保持装置がスムーズに移動できないため、接触しない程度の大きさとすればよい。

前述の力の閾値Ａの値については、プレートの大きさや、モルタルの使用の有無、あるいはモルタルを使用する場合にはその固さにも依存するため、使用条件に応じて適宜決められるものである。閾値Ａが小さすぎると保持部間の間隔を拡大してプレートを開放した際にプレートが落下することがある。閾値Ａが大きすぎても特に問題はないがプレートやプレート保持装置の強度を高める必要があり無駄なコストが発生する。例えば、この閾値Ａの力が計測された段階でプレートの背面板２０３全体が固定金枠１４１の底面１４３全体に接触した状態となっていても問題はない。したがって、プレートがガイド突起６１あるいはロック機構７にある程度掛かる程度まで固定金枠１４１の底面側に移動し、落下しない状態とすることが好ましい。以上から、閾値Ａは、５０Ｎ以上３０００Ｎ以下の範囲とすれば十分である。

また、前述の力の閾値Ｂの値については、プレートがロック機構で落下しない程度にロックされた状態になる閾値Ａ以上とすることができる。この閾値Ｂの上限については閾値Ａの場合と同様に大きすぎても特に問題はないが、プレートやプレート保持装置の強度を高める必要があり無駄なコストが発生する。

１，１０１プレート保持装置
１０２フランジ部
２プレート
２０１耐火板
２０２ノズル孔
２０３背面板
２０４開口部
２０５金属帯
２０７突出部
２０９固定部
２０９ａ開口部
２１０係合突起
２１０ａ係合突起の外側面
２１１コーナー部
２１２嵌合凹部
３平行ハンド（拡縮手段）
３１平行爪
３２本体部
４保持部
４１係合溝
４２保持部の内側面
５押付部
６プレート収納金枠
６１ガイド突起
６２凹部
７ロック機構
７１保持ブロック
７２，７３傾斜面
９押付部
９１保持版
９２押付板
９３ボルト
９４コイルバネ
９５基板
１０力センサ
１１取鍋
１１１取鍋の底
１２床
１３取鍋受部
１４スライディングノズル装置
１４１固定金枠
１４２摺動金枠
１４３底面
１５ロボットアーム
１６立体センサ
１６ａカメラ
１６ｂレーザー照射機
１７制御部

Claims

スライディングノズル装置用のプレートを保持するための複数の保持部と、前記複数の保持部間の間隔を拡縮する拡縮手段と、前記複数の保持部でプレートを保持したときに当該プレートの中央部を押す押付部と、前記保持部及び／又は前記押付部がプレートより受ける力を検出する力センサとを有するプレート保持装置を、ロボットアームの先端に取り付けてなり、スライディングノズル装置のプレート収納金枠にプレートを取り付けるプレート取付装置であって、
プレート保持装置及びロボットアームの動作を制御する制御部を有し、
前記制御部は、ロボットアームの動作制御により、プレート保持装置に保持されているプレートをプレート収納金枠に向けて移動し、前記力センサが検出した力が所定の閾値になったらプレート保持装置の移動を停止するとともに、拡縮手段の動作制御により前記複数の保持部間の間隔を拡大してプレートを開放し、プレートを開放したままの状態で、ロボットアームの動作制御によりプレート保持装置をさらにプレート収納金枠に向けて移動し、前記力センサが検出した力が所定の閾値になったらプレート保持装置の移動を停止し、ロボットアームの動作制御によりプレート保持装置をプレート収納金枠から離脱して当該プレートをプレート収納金枠に取り付ける、プレート取付装置。