JP7219637B2 - プレート取外装置及びプレート取付装置 - Google Patents

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本発明は、スライディングノズル装置用のプレートを保持するプレート保持装置、並びにそのプレート保持装置を備えるプレート取外装置及び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を特許文献1に開示した。
このプレート保持装置1は、図4に示すように、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で保持されるプレート2は、図5及び図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。
一対の保持部4は、平行ハンド3の動作によりプレート2の長手方向(摺動方向)に近接及び離隔するが、プレート2を保持した際には図6及び図7に示すように、係合突起210と係合溝41の内壁面である当接可能部との間に隙間を確保するようにしている。具体的には、係合溝41の長手方向当接可能部42と係合突起210との隙間(プレートの長手方向の隙間)、係合溝41の幅方向当接可能部43と係合突起210との隙間(プレートの幅方向の隙間)、及び係合溝41の厚み方向当接可能部44,45と係合突起210との隙間(プレートの厚み方向の隙間)を設けており、それぞれ片側5mmの隙間が設定されている。
また、このプレート2は図8に示すような状態で、スライディングノズル装置のプレート収納金枠6へ取り付けられている。プレート保持装置を使用してプレートを取り外す際には、プレート保持装置の保持部4をプレート2とプレート収納金枠6との隙間に挿入して行う。
一方、製鉄所においてスライディングノズル装置は溶鋼鍋の底に取り付けられているため、使用後のプレートを取り外す際には溶鋼鍋を横に倒した状態で溶鋼鍋の底側からスライディングノズル装置に取り付けられたプレートを取り外さなければならない。このとき、溶鋼鍋はクレーンの操作によって横に倒されるが、クレーンは人によって操作されているため、溶鋼鍋を倒した位置が毎回変わることになる。
したがって、プレートの取外しをロボットアームの位置制御により行うためには、スライディングノズル装置の位置を毎回正確に測定しなければならない。近年、ロボットアームを使用する際の対象物の位置測定は、一般的にカメラによって対象物を撮影し画像処理することで位置座標を補正する方法が使用されている。ところが、スラディングノズル装置に関しては、この画像処理おいて、上下左右方向の測定精度は実用レベルであるものの、前後方向(距離)の測定精度が悪くなる問題のあることがわかった。
これは、高温で使用された直後のスライディングノズル装置の温度が低下している最中に撮影するため、熱膨張によってスライディングノズル装置の撮影基準部の大きさが撮影毎に変わるため、前後方向(距離)の位置座標に誤差が生じやすくなるためである。さらに、使用中に撮影基準部に凹凸や、傷、あるいは異物の付着などが発生し、これらも画像処理による誤差が発生する要因となる。
スライディングノズル装置とロボットアームとの間の距離に測定誤差が生じると、ロボットアームに取り付けたプレート保持装置を画像処理で得られた位置に移動させて、プレート保持装置でプレートを保持しようとする際に、保持部の係合溝41とプレートの係合突起210との位置がずれて係合できなくなる問題が生じる。
このように、スラディングノズル装置は、1500℃以上の溶鋼の輻射熱を受け、しかも高温の溶鋼が通過するプレートを保持し、さらに溶鋼のスプラッシュや粉塵に晒されるという非常に過酷な条件で使用されるため、従来の位置測定方法では距離の測定精度が悪くなる問題があることがわかった。
国際公開2018/074424号
本発明が解決しようとする課題は、プレート収納金枠に対してプレートを確実に着脱できプレート取外装置及びプレート取付装置を提供することにある。
本発明者らは、プレート保持装置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及び/又は前記保持部がプレートより受ける力を検出する力センサを設け、この力センサで検出する力が所定の閾値になったときにプレート保持装置の保持部を作動(拡縮)することで、プレート収納金枠に対してプレートを確実に着脱できることを知見した。
すなわち、本発明によれば、以下のプレート取外装置及びプレート取付装置が提供される。
1.
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からプレートを取り外すプレート取外装置であって、
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、プレート保持装置をプレート収納金枠に取り付けられているプレートに向けて移動し、前記力センサが検出する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縮小してプレートを保持し、当該保持したプレートをロボットアームの動作制御によりプレート収納金枠から取り外す、プレート取外装置。
2.
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する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、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。
本発明によれば、プレート収納金枠に対してプレートを確実に着脱できる。
本発明の第1実施形態であるプレート保持装置がプレートを保持した状態の側面図(保持部のみ断面図)。 図1のプレート保持装置を備える、本発明のプレート取外装置の使用状態を示す説明図。 本発明の第2実施形態であるプレート保持装置がプレートを保持した状態の側面図(保持部のみ断面図)。 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。 図4のプレート保持装置でプレートを保持した状態の斜視図。 図4のプレート保持装置における保持部とプレートの被保持部との間の隙間の説明図。 図4のプレート保持装置における保持部の部分拡大断面図。 プレートをプレート収納金枠へ取り付けた状態の斜視図。
(第1実施形態)
図1に、本発明の第1実施形態であるプレート保持装置101を示している。なお、図1は、プレート保持装置101がプレート2を保持した状態の側面図(保持部4部分のみ断面図)である。
図1に示すプレート保持装置101は、図4及び図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をコイルバネのない押付部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。
図1に示すように、押付部9は保持板91を備え、この保持板91はボルト93によって平行ハンド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。この押付板92の位置は、押付板92がプレート2の中央部を押すときに、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の係合溝41とプレート2の係合突起210とが係合可能な位置に設定されている。すなわち、押付部9(押付板92)は、一対の保持部4でプレート2を保持したときに当該プレート2の中央部を押す位置に設けられている。言い換えれば、プレート2が押付部9(押付板92)に当接する位置で、一対の保持部4間の間隔を縮小することでプレート2を保持することができる。
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。
力センサ10は、平行ハンド3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。
図2に、プレート保持装置101を備えるプレート取外装置を示している。
図2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2が保持できる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。
次にプレート収納金枠からプレートを取り出す方法について説明する。
まず、スライディングノズル装置14を開いて、プレート収納金枠6の上端部と下端部との2か所設けた撮影基準部(マーカー)に向けてレーザー照射機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プレート収納金枠6の基準位置とのズレを計算してプレート収納金枠6の3次元位置座標を補正する。このプレート収納金枠6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が補正位置まで移動される。なお、このとき、プレート保持装置の保持部4はプレート2及びプレート収納金枠6に接触しないように離隔した状態となっている。また、本実施形態において前述の補正位置は、プレート保持装置の保持部4でプレート収納金枠6内のプレート2を保持する位置より例えば1cm程度手前の位置に設定している。
本実施形態において、制御部17は、ロボットアーム15の動作制御により、プレート保持装置101を前述の補正位置まで移動させ、その補正位置で一旦停止させた後に、さらにプレート収納金枠6に取り付けられているプレート2に向けて移動させる。この移動中にプレート保持装置の押付部9がプレート2に接触することになる。そうすると、保持部4及び/又は押付部9がプレート2より反力としての力を受けることになり、その力が力センサ10によって検出される。そして、制御部17は、力センサ10が検出する力が所定の閾値(例えば300N)になったら、ロボットアーム15の動作制御によりプレート保持装置101の移動を停止するとともに、平行ハンド3の動作制御により一対の保持部4間の間隔を縮小してプレート2を保持する。プレート2を保持した後は、ロボットアーム15の動作制御によりプレート保持装置101を後退させることで、プレート収納金枠6からプレート2を取り外すことができる。なお、本実施形態では、プレート保持装置101を前述の補正位置で一旦停止させるようにしたが、前述の補正位置での一旦停止は行わなくてもよい。
このように、本実施形態では、力センサ10が検出する力が所定の閾値になったらプレート保持装置101の移動を停止するとともに、その停止位置で一対の保持部4間の間隔を縮小してプレートを保持することで、プレート収納金枠6に収納されたプレート2を確実に保持して取り外すことができる。すなわち本実施形態では、力センサ10が検出する力が所定の閾値になるときに、保持部4がプレートの被保持部(係合突起210)と整合するようにしている。
なお、本実施形態のプレート取外装置は、プレート取付装置としても使用することができる。プレート取外装置として使用する場合、制御部17は、ロボットアーム15の動作制御により、プレート保持装置101に保持されているプレート2をプレート収納金枠6に向けて移動し、力センサ10が検出する力が所定の閾値(例えば500N)になったらプレート保持装置101の移動を停止するとともに、平行ハンド3の動作制御により一対の保持部4間の間隔を拡大してプレート2を開放し、当該プレート2をプレート収納金枠6に取り付ける。
(第2実施形態)
図3に、本発明の第2実施形態であるプレート保持装置101Aを示している。なお、図3は、プレート保持装置101Aがプレート2を保持した状態の側面図(保持部4部分のみ断面図)である。
図3に示すプレート保持装置101Aは、図1に示した第1実施形態であるプレート保持装置101の押付部9を、特許文献1と同様にコイルバネを使用した押付部9Aとしたものである。なお、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9Aでは7本のコイルバネ94が使用されている。
すなわち、図3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2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。
このように、コイルバネを使用した押付部9Aを有するプレート保持装置101Aも、前述のプレート保持装置101と同様に力センサ10を備えることから、同様の作用効果を奏することができる。また、このプレート保持装置101Aを、図2に示したようにロボットアーム15の先端に取り付けることで、プレート取外装置又はプレート取付装置とすることができる。
1,101,101A プレート保持装置
102 フランジ部
2 プレート
202 ノズル孔
203 背面板
205 金属帯
210 係合突起
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 係合溝の長手方向当接可能部
5 押付部
6 プレート収納金枠
61 ガイド突起
7 ロック機構
9,9A 押付部
91 保持板
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
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 (2)

  1. 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からプレートを取り外すプレート取外装置であって、
    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、プレート保持装置をプレート収納金枠に取り付けられているプレートに向けて移動し、前記力センサが検出する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縮小してプレートを保持し、当該保持したプレートをロボットアームの動作制御によりプレート収納金枠から取り外す、プレート取外装置。
  2. 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する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、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。
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