JP7183602B2

JP7183602B2 - 鋳片の研削方法

Info

Publication number: JP7183602B2
Application number: JP2018137064A
Authority: JP
Inventors: 壮一寺澤; 凌中原; 優人枚田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2018-07-20
Filing date: 2018-07-20
Publication date: 2022-12-06
Anticipated expiration: 2038-07-20
Also published as: JP2020011362A

Description

本発明は、鋳片の表面に発生した疵を、研削装置によって研削して除去する鋳片の研削方法に関するものである。

例えば、連続鋳造によって製造される鋳片の表面には、疵等の欠陥が発生することがある。
このような鋳片の疵を除去する際には、例えば特許文献１、２に開示された研削装置が用いられる。
これらの研削装置においては、鋳片の表面に対して圧着及び離脱される砥石を備えており、鋳片表面の疵の位置に砥石を移動（あるいは鋳片を移動）し、砥石を圧着させて研削するように構成されている。

ここで、従来、研削装置を用いて鋳片の表面を研削する際には、作業者が、鋳片表面の疵を確認したあと、研削装置において研削する範囲を決定していた。このため、同じような疵の分布であっても、作業者によって研削する範囲が異なることがあり、研削作業時間に大きくばらつきが生じるおそれがあった。
そこで、特許文献３においては、研掃材混入高圧水を使用して鋳片の表面を研削するシステムにおいて、鋳片表面の疵を座標化して演算処理を行うことで、研削範囲及び研削手順を決定する方法が提案されている。

特開昭４８－０４６９９３号公報特開平０１－２５２７２９号公報特開平０５－０６９３１７号公報

ところで、上述の研削装置によって鋳片表面の複数の疵を研削する場合、上述のように砥石を鋳片の表面に対して圧着及び離脱するため、研削範囲を細かく分割すると、鋳片の研削作業時間が長くなってしまうおそれがあった。
一方、多くの疵を一括して研削するために研削範囲を大きくすると、疵が存在しない箇所も研削することになり、やはり、鋳片の研削作業に係る作業時間が長くなってしまうおそれがあった。

本発明は、前述した状況に鑑みてなされたものであって、研削装置を用いて鋳片表面を研削して疵を除去する際に、研削装置による研削指定範囲を適正化し、作業時間の短縮を図ることが可能な鋳片の研削方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る鋳片の研削方法は、鋳片の表面に発生した疵を、前記鋳片の表面に対して圧着及び離脱される砥石を備えた研削装置によって研削して除去する鋳片の研削方法であって、作業者の目視または画像処理によって、前記鋳片の表面に発生した複数の疵を検出し、検出された複数の疵の位置を鋳片の表面に対して２次元座標化する第１ステップと、検出された疵のうち、所定の閾値の範囲内の複数の疵を一つの疵として統合する第２ステップと、前記第２ステップを経て認識された複数の疵をそれぞれ１回研削するように、前記研削装置による研削指定範囲を設定して、複数の疵を前記研削指定範囲毎に分割して研削する研削パターンを列挙する第３ステップと、解析ソフトを用いて、研削作業時間に関する評価関数を作成し、集合分割問題として前記研削作業時間が最短化される評価関数の解を求め、最適な前記研削パターンを選択する第４ステップと、を備え、前記第４ステップにおいて得られた最適な前記研削パターンに基づいて、前記研削装置によって鋳片の表面に発生した疵を研削することを特徴としている。

この構成の鋳片の研削方法によれば、複数の疵を前記研削指定範囲毎に分割して研削する研削パターンを列挙する第３ステップと、研削作業時間に関する評価関数を作成し、集合分割問題として研削作業時間が最短化される評価関数の解を求める第４ステップと、を備えているので、集合分割問題として数理解析を行うことで、研削パターンの最適化を図ることができ、研削作業時間を最短化することができる。また、作業者による研削作業時間のばらつきを抑えることができ、研削作業時間を安定化させることができる。
そして、集合分割問題として数理解析を行う前に、検出された疵のうち、所定の閾値の範囲内の複数の疵を一つの疵として統合する第２ステップを備えているので、第３ステップにおいて列挙される研削パターンの個数を削減することができ、第４ステップにおける解析時間を短縮することができる。

ここで、本発明の鋳片の研削方法においては、前記第３ステップにおいて、実施不可能な研削パターンを排除する構成とすることが好ましい。
この場合、第３ステップにおいて、列挙される研削パターンの数をさらに低減することができ、第４ステップにおける解析時間をさらに短縮することができる。

上述のように、本発明によれば、研削装置を用いて鋳片表面を研削して疵を除去する際に、研削装置による研削指定範囲を適正化し、作業時間の短縮を図ることが可能な鋳片の研削方法を提供することができる。

本発明の実施形態である鋳片の研削方法を示すフロー図である。本発明の実施形態である鋳片の研削方法の各ステップを説明する説明図である。第２ステップにおいて、疵を統合するか否かを判断する判断基準を示す説明図である。第３ステップにおいて、列挙された研削パターンを示す説明図である。研削指定範囲を研削する時間を設定する際の説明図である。第３ステップにおいて、排除される実行不可能な研削パターンの一例を示す説明図である。

以下に、本発明の実施形態である鋳片の研削方法について、添付した図面を参照して説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
本発明の実施形態である鋳片の研削方法は、鋳片の表面に発生した疵を、研削装置によって研削して除去するものである。

使用される研削装置は、鋳片を搬送する搬送手段と、鋳片の表面を研削する砥石と、を備えている。砥石は、鋳片の表面上を移動する移動機構と、鋳片に対して圧着及び離脱する昇降機構と、を備えている。
この研削装置においては、鋳片表面の疵の上に砥石を移動し、砥石を鋳片表面に圧着させて研削を行い、その後、砥石を鋳片表面から離脱し、砥石を次の疵の上へと移動させることで、鋳片表面の疵の研削を行うように構成されている。

上述のように、研削装置で複数の疵を研削する場合、研削を行う際に砥石を圧着及び離脱させるため、近接した疵については一括して研削することが効率的であり、研削作業時間の短縮を図ることができる。
一方、疵を一括して研削する場合には、疵以外の部分も研削することになるため、研削する面積が大きくなって、逆に研削作業時間が長くなるおそれもある。

そこで、本実施形態である鋳片の研削方法においては、鋳片の表面に複数の疵が存在する場合において、研削装置による疵の研削パターンを最適化し、研削作業時間の最短化を図っている。

本実施形態である鋳片の研削方法においては、図１に示すように、鋳片の表面に発生した複数の疵を検出して、検出された複数の疵を鋳片の表面に対して座標化する第１ステップＳ０１と、検出された疵のうち所定の閾値の範囲内の複数の疵を一つの疵として統合する第２ステップＳ０２と、第２ステップＳ０２を経て認識された複数の疵をそれぞれ１回研削するように研削装置による研削指定範囲を設定して複数の疵を研削指定範囲毎に分割して研削する研削パターンを列挙する第３ステップＳ０３と、研削作業時間に関する評価関数を作成し、集合分割問題として研削装置による研削時間が最短化される評価関数の解を求め、最適な研削パターンを選択する第４ステップＳ０４と、を備えている。

（第１ステップＳ０１）
上述した第１ステップＳ０１においては、作業者が目視することにより、鋳片の表面に発生した疵を検出し、この疵の位置を鋳片の表面に対して座標化する。これにより、図２（ａ）に示すように、鋳片の表面における疵の位置がプロットされる。
なお、この第１ステップＳ０１においては、画像処理によって、有害な疵を自動的に判別して、疵の位置を座標化してもよい。

（第２ステップＳ０２）
次に、第２ステップＳ０２として、図２（ｂ）に示すように、検出された疵のうち所定の閾値の範囲内の複数の疵を一つの疵として統合する。
疵を統合する際には、図３に示すように、鋳片表面において、疵１と疵２とを含む矩形領域を想定した場合に、この矩形領域の面積が所定の閾値以下となった場合に、疵１と疵２とを統合し、一つの疵として認識する。

例えば、図３に示すような場合、疵１と疵２を統合した場合の矩形領域Ｓの面積が所定の閾値の範囲となった場合には、疵１と疵２とを統合して、一つの疵として、取り扱うことになる。
すなわち、統合前には、疵１の座標情報（Ｘ１_ｍｉｎ，Ｙ１_ｍｉｎ），（Ｘ１_ｍａｘ，Ｙ１_ｍａｘ）と、疵２の座標情報（Ｘ２_ｍｉｎ，Ｙ２_ｍｉｎ），（Ｘ２_ｍａｘ，Ｙ２_ｍａｘ）と、を有していたものを、統合後には、座標情報（Ｘ１_ｍｉｎ，Ｙ１_ｍｉｎ），（Ｘ２_ｍａｘ，Ｙ２_ｍａｘ）を有する一つの疵として、取り扱うことになる。

ここで、疵を統合した場合には、後述する第３ステップＳ０３において列挙される研削パターンの数が低減されることになり、後述する第４ステップＳ０４における解析時間を短くすることが可能となる。
このため、疵の統合を判断する「閾値」については、第４ステップＳ０４における解析時間を考慮して決定することが好ましい。なお、疵の統合を判断する「閾値」の下限は、砥石の２パスの研削幅とすることが好ましい。一方、疵の統合を判断する「閾値」の上限は、当該矩形領域の研削時間が、２つの疵に分けた場合の移動時間及び砥石の圧着離脱時間よりも短くなる面積となる。本実施形態では、疵の統合を判断する「閾値」を０．０４４ｍ^２以上０．２５ｍ^２以下の範囲内に設定している。

（第３ステップＳ０３）
次に、第２ステップＳ０２で統合された疵を含む複数の疵について、それぞれ１回研削するように、研削装置による研削指定範囲を設定し、複数の疵を研削指定範囲毎に分割して研削する研削パターンを列挙する。
具体的には、図４に示すように、疵ｍ（ｍ＝１，２，３，・・・，Ｍ）を研削指定範囲の中に入れるか否かのパターンを全列挙した行列を定義する。ここで、図４においては、各疵を研削する場合を「１」、研削しない場合を「０」として、研削指定範囲をそれぞれ設定している。
なお、疵個数をＭ個とした場合には、２^Ｍ－１個の研削パターンが列挙されることになる。

ここで、研削指定範囲ｉの位置情報は、以下のように定義される。
研削指定範囲ｉの外接Ｘ_ｍｉｎ＝ｍｉｎ（研削範囲ｉに含まれる各疵の外接Ｘ_ｍｉｎ）
研削指定範囲ｉの外接Ｘ_ｍａｘ＝ｍａｘ（研削範囲ｉに含まれる各疵の外接Ｘ_ｍａｘ）
研削指定範囲ｉの外接Ｙ_ｍｉｎ＝ｍｉｎ（研削範囲ｉに含まれる各疵の外接Ｙ_ｍｉｎ）
研削指定範囲ｉの外接Ｙ_ｍａｘ＝ｍａｘ（研削範囲ｉに含まれる各疵の外接Ｙ_ｍａｘ）

そして、各研削指定範囲ｉの研削時間を計算する。このとき、図５に示すように、研削指定範囲ｉを研削する際には、研削指定範囲ｉの長辺方向における研削速度、研削指定範囲ｉの短辺方向における研削速度、砥石による研削幅、を元に計算する。

さらに、本実施形態においては、この第３ステップＳ０３において、実施不可能な研削パターンを排除している。なお、実施不可能な研削パターンとは、研削指定範囲を研削しようとした際に、指定していない疵も研削してしまう場合を指す。
具体的には、図６に示すように疵１～疵４が存在する場合において、疵１、疵３、疵４を研削するように研削指定範囲を決定すると、疵２も研削されてしまう。このため、疵１、疵３、疵４を研削し、かつ、疵２を研削しないとする研削指定範囲は実施不可能であるため、この研削指定範囲については排除される。

（第４ステップＳ０４）
次に、第３ステップＳ０３で列挙された研削パターンについて、研削作業時間に関する評価関数を作成し、集合分割問題として研削装置による研削時間が最短化される評価関数の解を求め、最適な研削パターンを選択する。
本実施形態では、研削作業時間に関する評価関数として、以下の（１）式を用いている。また、制約条件として、以下の（２）～（４）式を規定している。

（１）式で規定される評価関数は、研削時間と砥石の移動時間とから規定されたものである。
研削時間は、Ｘ個に分割された各研削指定範囲ｉにおける研削時間Ｔｉと、砥石の圧着に係る時間ν_１と、砥石の離脱に係る時間ν_２とを、各研削指定範囲ｉにおける研削時間とし、これを合計した値である。
移動時間は、Ｘ個に分割された研削指定範囲ｉの間を砥石が移動するために必要な時間である。本実施形態では、解析時間を削減するために、移動時間を一定として計算を行っている。

（２）式は、選択された研削指定範囲の中に各疵が必ず１つずつ含まれており、疵が必ず研削することを制約条件としたものである。
（３）式は、研削指定範囲の最大指定可能数の制約である。
（４）式は、バイナリ制約である。

上述の（１）式を評価関数として、集合分割問題として研削装置による研削時間が最短化される評価関数の解を求める。解析を行う場合には、各種解析ソフト（例えば、数理計画ソルバーＧｕｒｏｂｉ６．０．２等）を利用することができる。
これにより、図２（ｃ）に示すように、研削パターンが決定される。すなわち、図２（ｃ）においては、研削指定範囲を３つ指定して、研削を行うことになる。

以上のようにして、鋳片の研削作業時間を最短化することができる研削パターンが選択されることになる。

以上のような構成とされた本実施形態である鋳片の研削方法によれば、複数の疵について、それぞれ１回研削するように、研削装置による研削指定範囲を設定し、複数の疵を研削指定範囲毎に分割して研削する研削パターンを列挙する第３ステップＳ０３と、研削作業時間に関する評価関数を作成し、集合分割問題として研削作業時間が最短化される評価関数の解を求める第４ステップＳ０４と、を備えているので、集合分割問題として数理解析を行うことで研削パターンの最適化を図ることができ、研削作業時間を最短化することができる。また、作業者による研削作業時間のばらつきを抑えることができ、研削作業時間を安定化させることができる。

また、本実施形態においては、第４ステップＳ０４において、集合分割問題として数理解析を行う前に、検出された疵のうち、所定の閾値の範囲内の複数の疵を一つの疵として統合する第２ステップＳ０２を備えているので、第３ステップＳ０３において列挙される研削パターンの個数を削減することができ、第４ステップＳ０４における解析時間を短縮することができる。

さらに、本実施形態においては、第３ステップＳ０３において、図５に示すように、実施不可能な研削パターンを排除する構成としているので、第３ステップＳ０３において、列挙される研削パターンの数をさらに低減することができ、第４ステップＳ０４における解析時間をさらに短縮することができる。

また、本実施形態においては、第４ステップＳ０４における解析時間が１秒以内となるように、疵の統合を判断する「閾値」を、０．５ｍ以下の範囲に設定しているので、さらに第４ステップＳ０４における解析時間を短縮することができる。

以上、本発明の実施形態である鋳片の研削方法について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、砥石の移動時間を固定したものとして説明したが、これに限定されることはなく、砥石の移動時間を、座標に応じて計算するものとしてもよい。

また、研削指定範囲ｉにおける砥石の加速時間及び減速時間を考慮し、砥石による研削方向の長さについてそれぞれの端部で所定長さ（例えば１０ｍｍ（両端で２０ｍｍ））を加えて、研削時間を計算してもよい。この場合、砥石の加速時間及び減速時間を加えた長さに置き換えて研削時間を計算することで、さらに精度良く研削時間を算出することができる。

Ｓ０１第１ステップ
Ｓ０２第２ステップ
Ｓ０３第３ステップ
Ｓ０４第４ステップ

Claims

鋳片の表面に発生した疵を、前記鋳片の表面に対して圧着及び離脱される砥石を備えた研削装置によって研削して除去する鋳片の研削方法であって、
作業者の目視または画像処理によって、前記鋳片の表面に発生した複数の疵を検出し、検出された複数の疵の位置を鋳片の表面に対して２次元座標化する第１ステップと、
検出された疵のうち、所定の閾値の範囲内の複数の疵を一つの疵として統合する第２ステップと、
前記第２ステップを経て認識された複数の疵をそれぞれ１回研削するように、前記研削装置による研削指定範囲を設定して、複数の疵を前記研削指定範囲毎に分割して研削する研削パターンを列挙する第３ステップと、
解析ソフトを用いて、研削作業時間に関する評価関数を作成し、集合分割問題として前記研削作業時間が最短化される評価関数の解を求め、最適な前記研削パターンを選択する第４ステップと、
を備え、
前記第４ステップにおいて得られた最適な前記研削パターンに基づいて、前記研削装置によって鋳片の表面に発生した疵を研削することを特徴とする鋳片の研削方法。
前記第３ステップにおいて、実施不可能な研削パターンを排除することを特徴とする請求項１に記載の鋳片の研削方法。