JP7255575B2 - 自走式研削装置および自走式研削方法、ならびに金属板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、屋内で金属板上を自走して金属板の研削を行う自走式研削装置および自走式研削方法、ならびに金属板の製造方法に関する。

従来、厚板鋼材等の金属板の表面に存在する疵の手入れを自動的に行う研削装置としては、厚板鋼材の両側にレール等のリニアスライド装置を敷設し、このガイドに沿って厚板の圧延方向（長手方向）を走行する台車に、幅方向に移動可能なスライダに１つまたは複数の研削装置を設けた門型研削装置が知られている（例えば、特許文献１および特許文献２）。

特許文献１，２に示されたような門型研削装置は、装置全体が大型になり、しかも、既存の工場のレイアウトを含めた極めて大掛りな投資を必要とする。

特許文献３には、事前に厚板鋼材表面の疵位置を、ワイヤを経由して研削装置に入力し、その位置情報のもとに研削装置を移動させて疵の研削手入を行う自走式表面研削装置が提案されている。これにより、特許文献１および特許文献２の装置よりも小型化できるとされている。

しかし、特許文献３に示された自走式表面研削装置は、装置自体を小型化することができるが、次のような問題がある。事前に疵位置を入力する必要があるため、研削装置への位置情報および疵深さ情報の事前計測とその入力作業などの付随作業を必要とする。リニアスライド装置、軌道レール等の付帯装置を敷設しないことを前提とした場合、厚板鋼材表面における研削装置の自己位置を十分な精度で測定できない。装置を疵位置に導く必要性から、厚板鋼材の長手方向に敷設される台車と軌道レールが必要になり、その付帯作業が発生する。また、疵位置情報の精度は、この台車用軌道レールの敷設時精度の影響を受けるため、厚板サイズの変更や厚板反転時、あるいは新しい厚板ごとに軌道レールを設置する必要があり、極めて煩雑な作業を伴う。

そこで、特許文献４には、三角測量の原理に基づいて屋内空間内での自己位置測定を行う屋内位置測定システムを構成し、屋内位置測定システム信号を発信または受信する航法用信号発信機もしくは航法用信号受信機を、研削装置を備えた台車に設置し、屋内位置測定システム信号を用いて自己位置を認識し、かつ疵位置を教示する自走式研削装置が提案されている。この技術によれば、教示された疵位置に基づいて、金属板のマーキングや画像処理用のマークを用いることなく、金属板上における台車の位置および角度を高精度で認識することができ、そのように認識した自己位置と目標位置からの偏差を演算し、その偏差に応じて台車を所定の目標位置に自律走行させることができる。

特開昭５１－５８９８８号公報 特開昭５２－１１１０９３号公報 特開昭６２－１２４８６４号公報 特開２０１８－７５７０７号公報

しかし、特許文献４の自走式研削装置は、屋内位置測定システムを用いて予め測定した情報に基づいて、金属板の表面に分散して存在する疵を高精度でかつ煩雑な作業を伴うことなく短時間で手入れすることができるが、研削部分の深さの違いにより段差が生じ、研削後の品質を十分に保てないことがある。

また、重研削時に研削開始時から狙い研削深さに合わせて押付荷重を設定すると研削端部に「段付き」ができてしまい、一方、工具の送り速度を遅くすることで狙い研削深さを達成する方法では研削効率の低下が避けられない。

研削深さは送り速度変更点付近において変わるので、特に、定常部の狙い研削深さをより深くする重研削時にはそれが急峻で研削目として目で見てわかる程度に現われてしまう懸念があり、研削深さの急峻な変化を抑制することが求められる。

したがって、本発明は、自己位置制御に関して精度が高く、かつ研削部分の深さを調整して均一化できるとともに、狙い研削深さに対して精度良く研削することができ、研削深さの急峻な変化を抑制することができる自走式研削装置および自走式研削方法、ならびに金属板の製造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、本発明は以下の（１）～（１５）を提供する。

（１） 位置測定手段からの情報に基づいて金属板上を自走し、金属板表面を研削する自走式研削装置であって、
金属板表面上を走行する台車と、
前記台車に搭載され、研磨工具を前記金属板に接触させて研削する研削部と、
前記研削部を前記金属板の表面と平行な方向に走査させる走査アクチュエータと、
前記研削部を昇降させ、前記研削部を前記金属板に垂直に所与の押付荷重で押付ける昇降アクチュエータと、
前記走査アクチュエータの走査と前記昇降アクチュエータの押付荷重を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記研削部により前記金属板の表面を研削する際に、前記走査アクチュエータの走査速度を、研削開始位置と研削定常部で変化させるように制御するとともに、前記昇降アクチュエータの押付荷重を前記走査アクチュエータの動きと連動してセットアップするように制御することを特徴とする自走式研削装置。

（２） 前記制御部は、前記走査アクチュエータの前記研削開始位置から前記研削定常部までの走査速度をＶ０、前記研削定常部の移動速度をＶ１とした場合に、前記走査アクチュエータの走査速度がＶ０＞Ｖ１となるように制御することを特徴とする（１）に記載の自走式研削装置。

（３） 前記制御部は、前記研削開始位置から前記研削定常部までの間の走査速度が、前記研削定常部に向けて走査速度が小さくなるような複数段階となるように制御することを特徴とする（１）に記載の自走式研削装置。

（４） 前記制御部は、前記昇降アクチュエータの研削開始位置の押付荷重をＰ０、研削定常部の押付荷重をＰ１とした場合に、Ｐ０≦Ｐ１となるように前記昇降アクチュエータの押付荷重を制御することを特徴とする（１）から（３）のいずれかに記載の自走式研削装置。

（５） 前記制御部は、前記押付荷重がＰ０からＰ１まで徐々に変化するように前記昇降アクチュエータを制御することを特徴とする（４）に記載の自走式研削装置。

（６） 前記研削部の前記研磨工具は、研磨布紙を有することを特徴とする（１）から（５）のいずれかに記載の自走式研削装置。

（７）前記研削部の前記研磨工具は、前記研磨布紙を研削方向に対して垂直方向に複数枚積層して構成されることを特徴とする（６）に記載の自走式研削装置。

（８）位置測定手段からの情報に基づいて金属板上を自走する自走式研削装置により、金属板表面を研削する自走式研削方法であって、
前記自走式研削装置は、金属板表面上を走行する台車と、前記台車に搭載され、研磨工具を前記金属板に接触させて研削する研削部と、前記研削部を前記金属板の表面と平行な方向に走査させる走査アクチュエータと、前記研削部を昇降させ、前記研削部を前記金属板に垂直に所与の押付荷重で押付ける昇降アクチュエータとを有し、
前記研削部により前記金属板の表面を研削する際に、前記走査アクチュエータの走査速度を、研削開始位置と研削定常部で変化させるように制御するとともに、前記昇降アクチュエータの押付荷重を前記走査アクチュエータの動きと連動してセットアップするように制御することを特徴とする自走式研削方法。

（９）前記走査アクチュエータの前記研削開始位置から前記研削定常部までの走査速度をＶ０とし、前記研削定常部の走査速度をＶ１とした場合に、前記走査アクチュエータの走査速度をＶ０＞Ｖ１となるように制御することを特徴とする（８）に記載の自走式研削方法。

（１０）前記研削開始位置から前記研削定常部までの間の走査速度が、前記研削定常部に向けて走査速度が小さくなるような複数段階となるように制御することを特徴とする（８）に記載の自走式研削方法。

（１１）前記昇降アクチュエータの研削開始位置の押付荷重をＰ０、研削定常部の押付荷重をＰ１とした場合に、Ｐ０≦Ｐ１となるように前記昇降アクチュエータの押付荷重を制御することを特徴とする（８）から（１０）のいずれかに記載の自走式研削方法。

（１２）前記押付荷重がＰ０からＰ１まで徐々に変化するように前記昇降アクチュエータを制御することを特徴とする（１１）に記載の自走式研削方法。

（１３）前記研削部の前記研磨工具として、研磨布紙を用いることを特徴とする（８）から（１２）のいずれかに記載の自走式研削方法。

（１４）前記研削部の前記研削工具として、前記研磨布紙を研削方向に対して垂直方向に複数枚積層して構成されたものを用いることを特徴とする（１３）に記載の自走式研削方法。

（１５）表面に疵が存在する金属板に対して、位置測定手段からの位置情報に基づいて金属板上を自走する自走式研削装置により、該疵の研削除去を行って金属板を製造する金属板の製造方法であって、
前記自走式研削装置は、金属板表面上を走行する台車と、前記台車に搭載され、研磨工具を前記金属板に接触させて研削する研削部と、前記研削部を前記金属板の表面と平行な方向に走査させる走査アクチュエータと、前記研削部を昇降させ、前記研削部を前記金属板に垂直に所与の押付荷重で押付ける昇降アクチュエータとを有し、
前記研削部により前記金属板の表面を研削する際に、前記走査アクチュエータの走査速度を、研削開始位置と研削定常部で変化させるように制御するとともに、前記昇降アクチュエータの押付荷重を前記走査アクチュエータの動きと連動してセットアップするように制御することを特徴とする金属板の製造方法。

本発明では、位置測定手段からの情報に基づいて金属板上を自走し、金属板表面を研削する自走式研削装置において、研削装置は、研削対象である金属板と研磨布紙を接触させて研削する研削部と前記金属板表面に平行な面に存在する任意の二軸方向に走査させる操作アクチュエータと前記研削部を金属板表面に接触させるための上下昇降アクチュエータを有するともに、前記の二軸方向に走査させるアクチュエータの移動速度を研削開始位置と研削定常部で変化させることにより、研削部分の深さを均一化させることが可能となる。また、併せて昇降アクチュエータの押付荷重を走査アクチュエータの動きと連動してセットアップするように制御するので、非研削部から研削開始部、研削定常部にかけて狙い研削深さに対して精度良く研削することができ、研削深さの急峻な変化を抑制することができる。このため、金属板の先端尾端においても板厚を均一にすることができる。

自走式研削装置を含む全体システムの一例を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る自走式研削装置を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る自走式研削装置を示す側面図である。 本発明の一実施形態に係る自走式研削装置を示す上面図である。 本発明の一実施形態に係る自走式研削装置に用いる研削部の一例を示す図である。 実施例１の研削条件を示す図である。 比較例１の研削条件を示す図である。 比較例２の研削条件を示す図である。 実施例１における、研削開始部からの工具送り方向の距離に対する板厚の変化を示す図である。 図９のうち、研削開始部側の押付荷重を線形に加減算した領域Ａと、研削終了部側の押付荷重を線形に加減算した領域Ｂの工具送り方向の板厚の遷移を示す図である。 比較例３の研削条件を示す図である。 実施例２の研削条件を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
＜自走式研削装置を含む全体システム＞
最初に本発明に係る自走式研削装置を含む全体システムについて説明する。
図１は自走式研削装置を含む全体システムの一例を示す斜視図である。

図１に示すように、自走式研削装置を含む全体システム１００は、位置測定手段としての屋内位置測定システム２００と、自走式研削装置３００（以下、単に研削装置３００と記す）とを有する。

本例において用いる屋内位置測定システム２００は、研削装置３００の位置測定手段を構成し、三角測量の原理に基づいて屋内空間での自己位置測定を行うものである。具体的には、屋内位置測定システム２００は、屋内に設置された複数の航法用送信機１１と、航法用受信機１２と、位置演算用ソフトウェアを含むホストコンピュータ１３とから構成される。

研削装置３００は、金属板上を自走して金属板の表面の微小な疵（欠陥）を研削除去（疵取り）するものであり、台車１４と、台車１４に設けられた、疵取対象である金属板１０を研削する研削部２２と、研削部２２を駆動するための駆動系と、研削装置３００を別途与えられる所定の目標位置に自律走行させるための制御系とを備えている。研削装置３００の詳細な構成は後述する。

屋内位置測定システム２００には、例えばＩＧＰＳ（Ｉｎｄｏｏｒ Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を適用することができる。ＩＧＰＳは、衛星航法システム（ＧＰＳ：Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を屋内位置測定システムに適用したものである。ＩＧＰＳについては、米国特許第６，５０１，５４３号明細書に詳細に記載されている。

屋内位置測定システム２００にＩＧＰＳを適用する場合は、各航法用送信機１１は、回転ファンビーム（扇形ビーム）を射出する。回転ファンビームはレーザファンビームであってもよく、他の光放射手段であってもよい。航法用受信機１２は研削装置３００の台車１４に搭載され、送信機から射出される回転ファンビームを受信する。このとき、回転ファンビームは所定の角度でずれており、これを受信する受信機の３次元座標値（以下、「座標値」という）、すなわち位置または高さを測定することができる。航法用受信機１２が受信した受信情報はホストコンピュータ１３に無線伝送され、ホストコンピュータ１３により、三角測量の原理に従って、航法用受信機１２の位置を演算する。複数の送信機１１から受信した信号を用いて、また演算を繰り返すことにより、航法用受信機１２を搭載した走行中の研削装置３００の位置情報をリアルタイムで得ることができる。

＜研削装置＞
次に、本発明の一実施形態に係る研削装置３００について説明する。

図２は、本発明の一実施形態に係る研削装置３００を示すブロック図、図３は研削装置３００を示す側面図、図４は研削装置３００示す上面図である。

本実施形態において、研削装置３００は、上述したように、台車１４と、研削部２２と、研削部２２を駆動するための駆動系と、研削装置３００を所定の目標位置に自律走行させるための制御系とを備えている。台車１４は、走行用の車輪２０と、車輪を駆動および旋回させるためのモータ２１とを有する。研削部２２の駆動系は、研削部２２を金属板１０の表面に平行な方向に走査させる走査アクチュエータ１５と、上下にスライドして研削部２２を昇降させ、研削部２２を金属板１０に垂直に所与の押付荷重で押し付ける昇降アクチュエータ１６とを有する。

図２に示すように、研削装置３００の制御系は、搭載コンピュータ１８を有する。また、制御系は、Ｉ／Ｏボード１７と、コントローラおよびドライバを含み、駆動制御部１９とを備えている。駆動制御部１９は、車輪用のモータ２１、ならびに研削部２２の駆動系を構成する走査アクチュエータ１５および昇降アクチュエータ１６を制御する。上記ホストコンピュータ１３もこの制御系の一部として機能する。制御系のホストコンピュータ１３以外のものは台車１４に搭載される。Ｉ／Ｏボード１７は、ホストコンピュータ１３と搭載コンピュータとの間の信号の授受を行う。

ホストコンピュータ１３は、図２に示すように、上述した屋内位置測定システム２００の航法用受信機１２の位置を演算するための現在位置演算用ソフトウェア３１と、目標研削位置、経路情報を設定し、また搭載コンピュータ１８からの検査データ、研削位置情報を評価する設定・評価ソフトウェア３２とを有する。なお、研削装置３００の制御系として、ホストコンピュータ１３を用いずに、搭載コンピュータ１８のみで制御するようにしてもよい。

図３、図４に示すように、研削装置３００の基部は台車１４により構成され、車輪２０はその一方の端部近傍に設けられている。そして、台車１４の車輪２０に対応する部分に航法用受信機１２が取り付けられている。台車１４の他方の端部には、台車１４の長手方向に直交する方向に延在する枠部材４１が取り付けられており、走査アクチュエータ１５は、金属板１０の表面に平行な方向である、枠部材４１の延在方向およびそれとは異なる方向（例えば枠部材４１の延在方向に垂直な方向）に研削部２２を走査させることが可能となっている。すなわち、金属板１０の表面に平行な二軸方向に研削部２２を走査させることが可能となっている。研削部２２は、昇降アクチュエータ１６を介して走査アクチュエータ１５に取り付けられており、昇降アクチュエータ１６とともに走査アクチュエータ１５により走査される。

車輪２０と枠部材４１との間の部分には、研削装置３００を金属板１０に固定するための固定部４２が設けられている。固定部４２は例えば電磁石からなる。台車１４の固定部４２に対応する部分には、従動車輪４３が設けられている。従動車輪４３は、駆動側の車輪２０の動きに応じて自由に向きを変えることが可能となっている。

搭載コンピュータ１８は、駆動制御部１９と一体となって、台車１４の車輪２０側端部に載置されている。

研削部２２は、例えば、研磨工具を金属板１０に接触させて金属板１０を研削するものである。研磨工具としては研磨布紙を用いることができる。研磨布紙は、基材に研磨材（砥粒）を接着剤で固定して構成される。基材としては、不織布、布、紙、メッシュ等が挙げられる。研磨布紙は可撓性を有するため、研削部分の深さの違いによる段差を軽減できる。

研磨工具として研磨布紙を用いる場合には、研削部２２は、例えば図５に示すように構成することができる。すなわち、研削部２２としては、研磨布紙をディスク状にくりぬいた薄い研磨布紙ディスク５１を研削方向に対して垂直方向に複数枚積層して構成される研磨工具５０を有するものとすることができる。この場合、研削部２２は、研磨工具５０の両側をディスクホイール５２で固定し、支持部５３に回転可能に取り付けることにより構成され、研磨工具５０を回転機構（図示せず）により回転させることにより金属板１０を研削することができる。研磨布紙をエンドレスベルト状にして研削部を構成してもよい。ただし、この場合は、研磨布紙ディスク５１を研削方向に対して垂直方向に複数枚積層する構成よりも大型となり、寿命も短くなる。

研削装置３００は、目標ルートに沿って自律走行する機能と、金属板１０の疵取りを行う機能の２つの機能を有する。

前者の機能については、例示した屋内位置測定システム２００のような位置測定手段からの情報に基づいて、搭載コンピュータ１８、駆動制御部１９、車輪２０、およびモータ２１が担う。すなわち、前述のホストコンピュータ１３における演算結果である研削装置３００の位置情報および目標研削位置に関する情報は、それぞれ無線通信により搭載コンピュータ１８に無線伝送され、搭載コンピュータ１８において目標研削位置に対する現在位置の偏差を演算する。同偏差のうち研削装置３００の位置に依存する偏差が０となるように、駆動制御部１９から車輪用のモータ２１に速度指令等の制御信号を出力して、車輪２０の速度およびステアリング角度のフィードバック制御を行うことで目標走行ルートに沿った自律走行を行わせる。

後者の機能については、金属板１０と接触させて研削を行う研削部２２、研削部２２を走査させる走査アクチュエータ１５、研削部２２を金属板１０に押し付ける昇降アクチュエータ１６、搭載コンピュータ１８、および駆動制御部１９が担う。すなわち、搭載コンピュータ１８においてホストコンピュータ１３からの目標研削位置と現在台車位置情報より、研削部２２を走査する走査アクチュエータ１５の必要走査量を演算し、駆動制御部１９はその必要走査量分だけ走査アクチュエータ１５を走査させ、研削部２２を初期位置に設定する。走査アクチュエータ１５の位置情報は搭載コンピュータ１８にフィードバックされ、台車現在位置情報と合わせて研削位置情報として演算される。疵取りのための研削データはＩ／Ｏボード１７を介して搭載コンピュータ１８に取り込み、研削位置情報と合わせて、ホストコンピュータ１３に無線送信する。

実際の研削の際には、研削装置３００を停止させ、例えば電磁石からなる固定部４２により研削装置３００を金属板１０に固定し、昇降アクチュエータ１６を下方にスライドさせて研削部２２の研磨工具を金属板１０に押し付ける。そして、駆動制御部１９による制御に基づいて、走査アクチュエータ１５により研削部２２を金属板１０表面に平行な方向、例えば二軸方向に走査させることにより、金属板１０表面の疵を含む部分を研削除去する。

このとき、駆動制御部１９は、研削部２２により金属板１０を研削する際に、二軸方向に走査させる走査アクチュエータ１５の走査速度を、研削開始位置と研削定常部とで変化させるように制御するとともに、昇降アクチュエータ１６の押付荷重を走査アクチュエータ１５の動作と連動してセットアップするように制御する。ここで、研削定常部とは、所定の研削深さで均一に研削することを目標とした部分をいう。

研削開始位置から定常部までの間（研削開始部）の走査速度（移動速度）をＶ０とし、研削定常部での走査速度（移動速度）をＶ１とすると、Ｖ０＞Ｖ１となるように制御することが好ましい。また、研削開始位置の押付荷重をＰ０、研削定常部の押付荷重をＰ１とすると、Ｐ０≦Ｐ１となるように押付荷重を設定することが好ましい。このとき、Ｐ０からＰ１まで徐々に押付荷重を変化させることが好ましい。

また、研削開始位置から研削定常部までの間（研削開始部）の走査速度（移動速度）を、定常部に向けて走査速度が小さくなるような複数段階としてもよい。例えば、研削開始位置を含む第１段階の走査速度をＶ０１、その後の第２段階の走査速度をＶ０２とする場合、Ｖ０１＞Ｖ０２＞Ｖ１としてもよい。

また、走査アクチュエータ１５の走査速度を、研削定常部と研削終了部とで変化させるように制御するとともに、昇降アクチュエータ１６の押付荷重を走査アクチュエータ１５の動作と連動してセットアップするように制御してもよい。この場合に、研削定常部終了位置から研削終了位置までの間（研削終了部）の走査速度（移動速度）をＶ２とすると、Ｖ２＞Ｖ１となるように制御することが好ましい。また、研削終了位置の押付荷重をＰ２とすると、Ｐ２≦Ｐ１となるように押付荷重を設定することが好ましく、Ｐ１からＰ２まで徐々に押付荷重を変化させることが好ましい。さらに、研削定常部終了位置から研削終了位置までの間（研削終了部）の走査速度（移動速度）を、研削終了位置に向けて走査速度が大きくなるような複数段階としてもよい。

＜研削動作＞
次に、研削装置３００における疵取り動作について説明する。

最初に、金属板１０の位置および姿勢情報を取得し、金属板１０の座標系を設定する。次いで、目標疵取り位置を含む目標疵取り範囲の教示（マッピング）を行う。この際には、適宜の手段により金属板１０の疵を検出して金属板１０上の疵の位置を認識するとともに、それに基づいて、疵取り範囲を設定する。

次に、目標疵取り経路を設定し、位置測定手段である屋内位置測定システム２００からの情報に基づいて、研削装置３００を、金属板１０上の目標疵取り経路に沿って自走させ、研削を行う。

このとき、ホストコンピュータ１３における演算結果である研削装置３００の位置情報および目標研削位置に関する情報は、それぞれ位置測定手段である屋内位置測定システム２００から無線通信により搭載コンピュータ１８に無線伝送され、搭載コンピュータ１８において目標研削位置に対する現在位置の偏差を演算する。その偏差に基づいて、研削装置３００を所定の目標位置に自律走行させるように制御する。より具体的には、同偏差のうち研削装置３００の位置に依存する偏差が０となるように、駆動制御部１９から車輪用モータ２１に速度指令等の制御信号を出力して、車輪２０の正転・逆転・停止を指示するとともに、車輪２０の速度、ステアリング角度のフィードバック制御を行うことで目標走行ルートに沿った自律走行を行う。

そして、目標疵取り位置近傍で、研削装置３００を停止させ、例えば電磁石からなる固定部４２により研削装置３００を固定し、走査アクチュエータ１５により研削部２２を目標疵取り位置の初期位置に設定する。次いで、昇降アクチュエータ１６を下方にスライドさせて研削部２２を金属板１０に押し付ける。この状態で、走査アクチュエータ１５により研削部２２を金属板１０表面に平行な二軸方向に走査させるとともに、金属板１０表面を研削し、表面の疵を除去する。

この際に、駆動制御部１９は、走査アクチュエータ１５の走査速度（移動速度）を、研削開始位置と研削定常部とで変化させるように制御するとともに、昇降アクチュエータ１６の押付荷重を走査アクチュエータ１５の動作と連動してセットアップするように制御する。

このように、走査アクチュエータ１５を金属板１０表面に平行な二軸方向に走査させるようにし、その走査速度（移動速度）を研削開始位置と研削定常部とで変化させることにより、研削部分の深さを調整して均一化することが可能となる。また、併せて、走査アクチュエータ１５の走査速度の変更に連動させて、昇降アクチュエータ１６の押付荷重を、走査アクチュエータ１５の動作と連動させてセットアップ制御することにより、狙い研削深さに対して精度良く研削することができ、研削深さの急峻な変化を抑制することができる。このため、金属板の先端尾端においても板厚を均一にすることができる。

隣接する２か所において超音波厚み系による板厚を測定した際に、その差分をＤμｍとすると、この値が許容値Ｄ０より大きいときに「段付き」ありと判定され問題となる。一般的な研削では、研削対象となる疵の深さがＤ０より大きいと、非研削部と研削部との板厚差分ＤがＤ＞Ｄ０となり「段付き」と判定される。本実施形態では、上記構成により、非研削部と研削開始部、研削開始部と研削定常部のそれぞれの板厚差分をＤ１、Ｄ２（Ｄ＝Ｄ１＋Ｄ２）とした場合に、Ｄ１＜Ｄ０かつＤ２＜Ｄ０とすることができ、「段付き」を解消することができる。また、研削深さが深い場合等、押付荷重が一定であると、狙い研削深さで精度良く研削することが困難な場合があるが、昇降アクチュエータ１６の押付荷重を、走査アクチュエータ１５の動作と連動させてセットアップ制御することにより、狙い研削深さに対して精度良く研削することが可能となる。さらに、非研削部から研削定常部にかけて研削深さの急峻な変化を抑制することができる。

研削開始位置から定常部までの間の走査速度Ｖ０と、研削定常部での走査速度Ｖ１とを、Ｖ０＞Ｖ１となるように制御することが好ましい。これにより、過研削になりやすい研削開始部の研削深さを小さくすることができ、研削深さをより均一にすることができる。

また、研削開始位置の押付荷重Ｐ０と、研削定常部の押付荷重Ｐ１とを、Ｐ０≦Ｐ１となるように設定することが好ましい。これにより、過研削になりやすい研削開始時の押付荷重を小さくして研削深さを小さくし、研削定常部で押し付け荷重を大きくして狙い研削深さにすることができる。

さらに、Ｐ０からＰ１まで徐々に押付荷重を変化させることが好ましい。このように押付荷重を線形に加減算することにより、非研削部から研削開始位置を経て研削定常部にかけての研削深さがなだらかに推移し、研削端部において「段付き」をより確実に防止して高精度研削が可能となる。このため、Ｄ＞２×Ｄ０となるような重研削の場合でも、非研削部から研削開始位置を経て研削定常部にかけて、どの二か所の板厚を測定してもＤ＜Ｄ０となるような、狙い研削深さに対して精度よく、非研削部から研削定常部にかけてなだらかに研削深さを推移させることが可能となる。

さらにまた、研削開始位置から研削定常部までの間の走査速度を、定常部に向けて走査速度が小さくなるような複数段階としてもよい。これにより、非研削部と研削定常部の板厚差分Ｄが大きい場合にも、「段付き」を抑制しつつ研削深さをより高精度に調整することができる。

また、走査アクチュエータ１５の走査速度を、研削定常部と研削終了位置とで変化させるように制御するとともに、昇降アクチュエータ１６の押付荷重を走査アクチュエータ１５の動作と連動してセットアップするように制御してもよい。これにより、研削端部である研削終了部においても研削深さを調整することが可能となるとともに、「段付き」を抑制することができる。

この場合に、研削定常部終了位置から研削終了位置までの間の走査速度Ｖ２が、Ｖ２＞Ｖ１となるように制御することが好ましい。これにより、研削終了部の研削深さも小さくすることができる。また、研削終了位置の押付荷重をＰ２とした場合に、Ｐ２≦Ｐ１となるように設定することが好ましい。これにより、研削終了部と定常部の研削深さを調整することができ、研削深さをより均一にすることができる。さらに、Ｐ１からＰ２まで徐々に押付荷重を変化させることにより、重研削の場合でも、研削定常部から研削終了部を経て非定常部にかけて高精度の研削が可能となる。さらに、研削定常部終了位置から研削終了位置までの間の走査速度を、研削終了位置に向けて走査速度が大きくなるような複数段階とすることにより、研削終了部の研削深さを小さくできるとともに、研削深さをより高精度に調整することができる。

また、研削部２２の研磨工具として可撓性を有する研磨布紙を用いることにより、研削深さを均一にする効果をより大きくすることができる。図５に示すように、研磨布紙をディスク状にくりぬいた薄い研磨布紙ディスク５１を、研削方向に対して垂直方向に複数枚積層して研削部２２を構成することにより、研削部２２を小型化することができ、また、寿命も長くすることができる。

さらに、研削装置３００は、位置測定手段からの情報に基づいて金属板１０上を自走するものであるため、特許文献１、２のような装置全体を大型にする必要がなく小型化を実現することができ、特許文献３のような付随作業や、リニアスライド装置、軌道レール等の付帯装置、煩雑な作業が不要である。さらに、位置測定手段として屋内位置測定システム２００を用いることにより、金属板のマーキングや画像処理用のマークを用いることなく、金属板上における研削装置３００の位置および角度を高精度で認識することができ、かつ認識した自己位置と目標位置からの偏差を演算し、その偏差に応じて研削装置３００を所定の目標位置に自律走行させるので、目標走行ルートに対する直進性を確保することができる。

ここでは、金属板として厚鋼板を用い、その表面を上記図１に示すシステムを用いて研削した。研削装置の構成については、図２～４に示すものを用いた。また、研削部としては図５に示すような研磨布紙を積層した構造の研磨工具を有するものを用いた。

本発明範囲内の実施例１として、図６に示す条件にて研削実験を行った。図６では、研削開始位置および研削終了位置の送り速度（走査速度）を１０ｍｍ／ｓ、定常部の送り速度（走査速度）を５ｍｍ／ｓとし、また、押付荷重を走査アクチュエータの走査と連動するように、研削開始位置および研削終了位置の押付荷重を３０Ｎ、定常部の押付荷重を６０Ｎとし、研削開始部側では３０Ｎから６０Ｎまで徐々に増加させ、研削終了部側では６０Ｎから３０Ｎまで徐々に減少させた。また、本発明の範囲から外れる比較例１，２として図７、図８に示す条件で研削実験を行った。図７の比較例１では、研削部全体に亘り、送り速度（走査速度）を５ｍｍ／ｓとし、押付荷重を３０Ｎとした。また、図８の比較例２では、研削開始位置および研削終了位置の送り速度（走査速度）を１０ｍｍ／ｓ、定常部の送り速度（走査速度）を５ｍｍ／ｓとし、押付荷重は３０Ｎと一定とし、走査速度と連動したセットアップ制御は行わなかった。

これらについて研削部分の板厚を超音波厚み計により測定した。この場合、上述したように、隣接する２か所において板厚を測定し、その差分をＤμｍとすると、この値が許容値Ｄ０より大きい時に段付きありと判定され問題となる。図７に示した比較例１の研削条件では、研削部と非研削部の境界にて研削定常部の狙い研削深さＤが許容値Ｄ０（例えば１００μｍ）を超え、段付きと判定されることが多かった。

一方、図８の比較例２では、工具送り速度を研削開始部で大きくなるように変更することで、非研削部―研削開始部の境界、および研削開始部―研削定常部の境界それぞれの板厚差分Ｄ１、Ｄ２がそれぞれ許容値Ｄ０（例えば１００μｍ）未満とすることができ、ほぼ段付き判定を避けることが可能であったが、押付荷重が３０Ｎと一定であり、走査速度と連動したセットアップ制御は行わなかったため、研削開始部と研削定常部の狙い研削深さの調整が不十分となった。

これに対して、図６の実施例１では、研削開始部および研削終了部と研削定常部で工具送り速度（走査速度）を調整し、押付荷重について走査速度と連動したセットアップ制御を行い、押付荷重を線形に加減算することにより、図９に示す結果が得られた。図９の横軸は研削開始部からの工具送り方向の距離であり、縦軸はそれぞれの点における板厚をプロットしたものである。図９から、段付きもなく、研削開始部と研削定常部の狙い研削深さが十分調整され、かつ昇降アクチュエータの押付荷重を線形に加減算することにより非研削部から研削開始部、研削定常部にかけてなだらかに研削深さが遷移していることがわかる。図１０は研削開始部側の押付荷重を線形に加減算した領域Ａと、研削終了部側の押付荷重を線形に加減算した領域Ｂの工具送り方向の板厚の遷移を示す図である。図９および図１０から、隣り合う２点間の板厚差分Ｄはいずれも許容上限値Ｄ０未満であり、領域Ａ、Ｂにおいて板厚は線形に遷移し、研削ワーク全長にわたって、段付きの発生がないことが確認された。

次に、狙い研削深さが２５０μｍと深い場合に、図１１に示す比較例３の条件にて研削実験を行った。図１１に示すように、研削開始部における工具の送り速度（走査速度）を段階的に変更させ（研削開始位置を含む第１段階の送り速度を１５ｍｍ／ｓ、第２段階の送り速度を１０ｍｍ／ｓ）とし、研削定常部の送り速度（走査速度）を５ｍｍ／ｓとし、押付荷重は３０Ｎと一定とした。その結果、比較例３では、狙い研削深さが２５０μｍと深くても、ほぼ段付き判定を避けることが可能であったが、押付荷重が３０Ｎと一定であり、走査速度と連動したセットアップ制御は行わなかったため、研削開始部と研削定常部の狙い研削深さの調整が不十分であった。また、段階的に変更させる工具の送り速度は研削定常部よりも高速に設定するため、走査アクチュエータのストロークが有限であることを考慮すれば、多段速度切り替えは、研削定常部のストロークを減らしてしまうデメリットもある。

一方、実施例２として、図１２に示すように、研削開始部および研削終了部において、図１１と同様送り速度を段階的に変化させ、図６の実施例１と同様、押付荷重を走査アクチュエータの走査と連動するように、研削開始位置および研削終了位置の押付荷重を３０Ｎ、定常部の押付荷重を６０Ｎとし、研削開始部側では３０Ｎから６０Ｎまで徐々に増加させ、研削終了部側では６０Ｎから３０Ｎまで徐々に減少させ、狙い研削深さが８００μｍと極めて深い研削を行った。その結果、上述した段階的な工具送り速度設定のデメリットはあるものの、狙い研削深さが８００μｍと深くても、段付きもなく、研削開始部と研削定常部の狙い研削深さが十分調整され、かつ昇降アクチュエータの押付荷重を線形に加減算することにより非研削部から研削開始部、研削定常部にかけてなだらかに研削深さが遷移する研削を行うことができた。

送り速度を段階的に変化させて研削深さを調整する場合には、速度切り替え点で段付きとならないよう、すなわち許容値Ｄ０（例えば１００μｍ）を超えないように設定する必要がある。また送り速度を速めることで研削深さを浅くするため、多段速度切り替えは、定常研削部のストロークを減らしてしまうデメリットがある。走査速度を、徐々に加減させるなど、速度切り替えをより多段にした場合も同様で、定常研削部のストロークを減らしてしまうデメリットがある。

図６の実施例１もしくは図１２の実施例２のように押付荷重を走査アクチュエータの走査と連動するように、研削開始部・終了部側では徐々に増加・減少させることで、定常研削部のストロークをなるべく減らすことなく、段付きもなく、研削開始部と研削定常部の狙い研削深さが十分調整され、かつ昇降アクチュエータの押付荷重を線形に加減算することにより非研削部から研削開始部、研削定常部にかけてなだらかに研削深さが遷移する研削を行うことができた。

＜他の適用＞
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、研削装置自身の位置を測定する位置測定手段として、ＩＰＧＳを適用した例について示したが、これに限らず、ＩＰＧＳと同じ三角測量の原理に基づいたものとして、例えば、上記実施形態とは逆に、研削装置側に航法用送信機を搭載するものを用いることができる。このような例として、オフィスビル内を自律走行する清掃ロボットに搭載されたレーザ三角測量技術が挙げられる（例えば、http://robonable.typepad.jp/news/2009/11/25subaru.html参照）。具体的には、研削装置の本体に設置された航法用送信機と、屋内に設置された複数のリフレクタと、位置演算用ソフトウェアを含むホストコンピュータとから構成される屋内位置測定システムを挙げることができる。

また、位置測定手段としては、以上のような三角測量の原理に基づいて屋内空間での自己位置測定を行う屋内位置測定システム以外に、例えば、ＳＬＡＭ（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ）等の他の測定手段を用いることもできる。

さらに、研削装置の制御系を構成するコンピュータとして、自身に搭載されている搭載コンピュータと、位置測定手段との連携制御を行うためのホストコンピュータを用いた例を示したが、搭載コンピュータのみを用いてもよい。

さらにまた、上記実施形態では、走査アクチュエータが研削部を金属板の表面に沿った二軸方向に走査させる例を示したが、金属板の表面に沿った任意の方向に走査できれば二軸方向に限定されず、一軸方向に走査可能な構成であってもよい。

１０ 金属板
１１ 航法用送信機
１２ 航法用受信機
１３ ホストコンピュータ
１４ 台車
１５ 走査アクチュエータ
１６ 昇降アクチュエータ
１７ Ｉ／Ｏボード
１８ 搭載コンピュータ
１９ 駆動制御部
２０ 車輪
２１ モータ
２２ 研削部
３１ 現在位置演算用ソフトウェア
３２ 設定・評価ソフトウェア
１００ 全体システム
２００ 屋内位置測定システム
３００ 自走式研削装置

Claims (15)

1. 位置測定手段からの情報に基づいて金属板上を自走し、金属板表面を研削する自走式研削装置であって、
   金属板表面上を走行する台車と、
   前記台車に搭載され、研磨工具を前記金属板に接触させて研削する研削部と、
   前記研削部を前記金属板の表面と平行な方向に走査させる走査アクチュエータと、
   前記研削部を昇降させ、前記研削部を前記金属板に垂直に所与の押付荷重で押付ける昇降アクチュエータと、
   前記走査アクチュエータの走査と前記昇降アクチュエータの押付荷重を制御する制御部と、
   を有し、
   前記制御部は、前記研削部により前記金属板の表面を研削する際に、前記走査アクチュエータの走査速度を、研削開始位置と研削定常部で変化させるように制御するとともに、前記昇降アクチュエータの押付荷重を前記走査アクチュエータの動きと連動してセットアップするように制御することを特徴とする自走式研削装置。
2. 前記制御部は、前記走査アクチュエータの前記研削開始位置から前記研削定常部までの走査速度をＶ０、前記研削定常部の移動速度をＶ１とした場合に、前記走査アクチュエータの走査速度がＶ０＞Ｖ１となるように制御することを特徴とする請求項１に記載の自走式研削装置。
3. 前記制御部は、前記研削開始位置から前記研削定常部までの間の走査速度が、前記研削定常部に向けて走査速度が小さくなるような複数段階となるように制御することを特徴とする請求項１に記載の自走式研削装置。
4. 前記制御部は、前記昇降アクチュエータの研削開始位置の押付荷重をＰ０、研削定常部の押付荷重をＰ１とした場合に、Ｐ０≦Ｐ１となるように前記昇降アクチュエータの押付荷重を制御することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の自走式研削装置。
5. 前記制御部は、前記押付荷重がＰ０からＰ１まで徐々に変化するように前記昇降アクチュエータを制御することを特徴とする請求項４に記載の自走式研削装置。
6. 前記研削部の前記研磨工具は、研磨布紙を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の自走式研削装置。
7. 前記研削部の前記研磨工具は、前記研磨布紙を研削方向に対して垂直方向に複数枚積層して構成されることを特徴とする請求項６に記載の自走式研削装置。
8. 位置測定手段からの情報に基づいて金属板上を自走する自走式研削装置により、金属板表面を研削する自走式研削方法であって、
   前記自走式研削装置は、金属板表面上を走行する台車と、前記台車に搭載され、研磨工具を前記金属板に接触させて研削する研削部と、前記研削部を前記金属板の表面と平行な方向に走査させる走査アクチュエータと、前記研削部を昇降させ、前記研削部を前記金属板に垂直に所与の押付荷重で押付ける昇降アクチュエータとを有し、
   前記研削部により前記金属板の表面を研削する際に、前記走査アクチュエータの走査速度を、研削開始位置と研削定常部で変化させるように制御するとともに、前記昇降アクチュエータの押付荷重を前記走査アクチュエータの動きと連動してセットアップするように制御することを特徴とする自走式研削方法。
9. 前記走査アクチュエータの前記研削開始位置から前記研削定常部までの走査速度をＶ０とし、前記研削定常部の走査速度をＶ１とした場合に、前記走査アクチュエータの走査速度をＶ０＞Ｖ１となるように制御することを特徴とする請求項８に記載の自走式研削方法。
10. 前記研削開始位置から前記研削定常部までの間の走査速度が、前記研削定常部に向けて走査速度が小さくなるような複数段階となるように制御することを特徴とする請求項８に記載の自走式研削方法。
11. 前記昇降アクチュエータの研削開始位置の押付荷重をＰ０、研削定常部の押付荷重をＰ１とした場合に、Ｐ０≦Ｐ１となるように前記昇降アクチュエータの押付荷重を制御することを特徴とする請求項８から請求項１０のいずれか一項に記載の自走式研削方法。
12. 前記押付荷重がＰ０からＰ１まで徐々に変化するように前記昇降アクチュエータを制御することを特徴とする請求項１１に記載の自走式研削方法。
13. 前記研削部の前記研磨工具として、研磨布紙を用いることを特徴とする請求項８から請求項１２のいずれか一項に記載の自走式研削方法。
14. 前記研削部の前記研磨工具として、前記研磨布紙を研削方向に対して垂直方向に複数枚積層して構成されたものを用いることを特徴とする請求項１３に記載の自走式研削方法。
    
15. 表面に疵が存在する金属板に対して、位置測定手段からの位置情報に基づいて金属板上を自走する自走式研削装置により、該疵の研削除去を行って金属板を製造する金属板の製造方法であって、
    前記自走式研削装置は、金属板表面上を走行する台車と、前記台車に搭載され、研磨工具を前記金属板に接触させて研削する研削部と、前記研削部を前記金属板の表面と平行な方向に走査させる走査アクチュエータと、前記研削部を昇降させ、前記研削部を前記金属板に垂直に所与の押付荷重で押付ける昇降アクチュエータとを有し、
    前記研削部により前記金属板の表面を研削する際に、前記走査アクチュエータの走査速度を、研削開始位置と研削定常部で変化させるように制御するとともに、前記昇降アクチュエータの押付荷重を前記走査アクチュエータの動きと連動してセットアップするように制御することを特徴とする金属板の製造方法。

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