JPH04201053A - 研削装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明′は、溶接部を研削する研削装置および方法に係
り、特に仕上げ面を曲面状に研削することができるもの
に関する。

［従来の技術］ 溶接部を研削する従来の研削装置としては１例えば、特
開昭６２−２４６４６５号公報に記載されているものが
ある。

この装置は、平板の突合せ溶接等の盛り上がった溶接ビ
ートの余盛の研削に関するものであり。

センサにより余盛の中心位置と高さを検出し、グライン
ダの位置と研削量を補正しながら、余盛部を凹凸のない
平な一定面に仕上げるというものである。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、前記従来技術では、凹凸の無い平な一定
面に仕上げるのみで、仕上げ面を曲面形状に仕上げるこ
とができず、仕上げ面を曲面形状にするには、手作業で
グラインダを移動させて、研削しているため、研削工数
が非常に嵩むという問題点がある。

特に、水車ランナのような複雑な曲面を有する大型溶接
構造物の場合、溶接部の仕上げ面が曲面状を成す箇所や
、仕上げ面の形状が次第に変わって行く箇所などが多数
存在して、これを研削する際には多大な労力を必要とす
る。

本発明は、このような従来の問題点について着目してな
されたもので、溶接部を研削して、その仕上げ面を曲面
形状にも仕上げることができる研削装置および研削方法
を提供することを目的とする。

口課題を解決するための手段］ 前記目的を達成するための研削装置は、溶接部を撮像す
る溶接部撮像手段と、撮像により得られたデータから前
記溶接部の形状および位置を認識する形状認識手段と、
予め定められた仕上げ面形状と認識された前記溶接部の
形状および位置とに基づき、前記仕上げ面の位置を算出
して、前記溶接部の研削領域を決定する研削領域決定手
段と、決定された前記研削領域に基づき、研削工具の移
動経路を算出する移動経路算出手段と、算出された移動
経路に従って前記研削工具を移動させる工具移動手段と
を備えていることを特徴とするものである。

ここで、この研削装置には、前記研削工具の外径寸法を
１ぶ識する工具寸法認識手段を設け、前記工具経路算出
手段を、前記研削領域と認識された前記研削工具の外径
寸法とに基づいて、前記移動経路を算出すると共に、前
記研削工具の外径寸法が変化に対応させて、算出された
前記移動経路を補正するよう構成することが好ましい。

さらに、研削装置には、前記研削工具の研削負荷を検呂
する研削負荷検出手段と、検出された前記研削負荷が予
め定められた値を超えると、前記研削工具を研削位置か
ら退避させる工具退避手段とを設けることが好ましい。

「作用コ まず、溶接部を溶接部撮像手段で撮像する。

形状認識手段は、撮像により得られたデータから前記溶
接部の形状および位置を認識する。具体的には、例えば
、２つの部材が溶接により接合されている溶接構造物の
場合、撮像により得られたデータから、傾きが急激に変
わる２点を前記溶接部の端点として抽出し、２つの部材
のうち、一方の部材上の点と一方の部材側の端点とを通
る線分と、他方の部材上の点と他方の部材側の端点とを
通る線分との交点とを求め、これらの端点および交点の
座標を溶接部の形状および位置に関するデータとして把
握することで認識できる。

次に、研削領域決定手段により、予め定められた仕上げ
面形状と認識された前記溶接部の形状および位置とに基
づき、前記仕上げ面の位置を算出して、前記溶接部の研
削領域が決定される。具体的には、前述した、２つの部
材が溶接により接合されている溶接構造物の場合、まず
、予め定められた仕上げ面の曲率半径を成す円弧と１部
材上の点および溶接部の端点を通る前記線分との接点を
求める。そして、この接点に接する前記円弧、および接
点と端点との間の線分を研削領域の境界を示す研削領域
データとして認識することで、研削領域が決定される。

次に、移動経路算出手段により、決定された研削領域に
基づき、研削工具の移動経路が算出される。

研削工具は、工具移動手段により、算出された移動経路
に従って移動させられ、溶接部は研削されて、予め定め
られた仕上げ面形状を得ることができる。

なお、予め定めておく仕上げ面形状を溶接線に沿って変
えることで、仕上げ面形状を変化させることができるこ
とは言うまでもない。

また、溶接部に対する研削工具の角度、つまり、被研削
面に対する砥石の中心軸の角度を変えることにより、被
研削面に対して実質的に砥石が扁平したことになり、］
っの研研削具でも多数種の仕上げ面形状を得ることがで
きる。

また、工具寸法認識手段を備えているものでは、研削工
具の外径寸法が変わった場合、これに対応させて研削工
具の移動経路を補正することができるので、例えば、摩
耗により研削工具の外径寸法が変わっても、予め定めた
仕上げ面を常に得ることができる。

研削負荷検出手段を備えているものでは、研削負荷が研
削負荷検出手段により検出され、この検呂された値が予
め定められた値を超えると、研削工具が研削位置から退
避するので、過負荷による研削工具の破損等を防ぐこと
ができる。

［実施例コ 以下、本発明の一実施例を図面により説明する。

第１図に、本発明により複雑な曲面を有し大型溶接構造
物である水車ランナ１、および本発明に係る研削装置の
全体斜視図を示し、第２図に装置研削部の側面図を示す
。

第１図および第２図に示すように、走行レール５が、水
車ランナ１の一部を構成するクラウン３の表面に溶接部
４にほぼ平行に沿って設置される。

走行レール５上には、レール５に沿って移動し溶接部４
の長手方向に位置決め可能な記動機構２１を有する移動
台車６が乗せられている。移動台車６上には、溶接部４
を研削するグラインダ７と、グラインダ７を支持すると
共に、溶接部４の被研削面４ａに垂直な平面上で位置決
めし、被研削面４ａに対するグラインダ７の角度を変化
させるための５軸のアーム機構８と、溶接部４の断面形
状を認識するための形状認識センサ９とが搭載されてい
る。

アーム機構８は、グラインダ７を、被研削面４ａに垂直
な平面上で走行レール５が設置されているクラウン３の
表面に対して垂直方向（Ｙ軸方向）へ動かすＹ軸８ｂと
、被研削面４ａに垂直な平面上でベーン２方向（Ｘ軸方
向）へ動かすＸ軸８ａと、Ｘ軸８ａ先端で回転し被研削
面４ａへの角度を変えるＡ軸８ｃと、Ａ軸８ｃ先端で伸
縮し被研削面４ａまでの距離を変えるＢ軸８ｄと、Ｂ軸
８ｄ先端で被研削面４ａに対するグラインダ中心軸の角
度を変えるＣ軸８ｅにより構成されている。Ｃ軸８ｅ先
端には、グラインダ７の砥石の外径寸法を認識するため
自身から砥石外径までの距離を検出する距離センサ１０
が取り付けられている。

形状認識センサ９は、被研削面４ａを撮像するＴＶカメ
ラ９ａと、被研削面４ａに対して溶接部４の長手方向の
幅が極めて小さい幅で光を照射するスリット光源９ｂと
から成る。

被研削物である水車ランナ１の外側には、制御盤１５が
設置されている。制御盤１５は、第５図に示すように、
ＴＶカメラ９ａで撮像した一画像を処理し溶接部４の断
面形状を検出する画像処理袋！！１１と、検出された断
面形状とあらかじめ設定された任意に変化する仕上げ形
状データから溶接部４の研削領域を決定するデータ処理
装置１２と、前記研削領域と検出された砥石外径寸法と
からグラインダ７を移動させるＮＣプログラムを作成す
るＮＣプログラム作成装置１３と、このＮＣプログラム
に基づき装置を制御し研削を行うＮＣ制御装置１４と、
各種データ等を記憶しておく記憶装置と、図示されてい
ない入力装置とを有して構成されている。

本装置は、アーム機構８を小型化することで狭隘部のグ
ラインダ作業に対しても、走行レール５の延長により簡
単に対応可能とした。また、走行レール５は装置移動用
の移動架台１６と容易に接続可能とすることで、研削仕
上げ作業終了後、移動台車６を移動架台１６に移動させ
るだけで簡単に他の研削仕上げ部へ移動できるという特
徴を有している。

第３図に本装置により研削を行う溶接部４の断面を示す
。第３図Ｃａ）は第１図におけるＡ−Ａ線断面図を、第
３図（ｂ）は同じく第１図におけるＢ−Ｂ線断面図を示
す。多層盛溶接は、ベーン２とクラウン３との接合箇所
に形成された開先部１８に対して行われたものであり、
溶接線に沿ってベーン２とクラウン３の角度が変化する
ため、その断面形状も、第３図（ａ）、（ｂ）に示すよ
うに、溶接線に沿って変化する。本装置は、このように
断面形状が変化する溶接部４を、あらかしめ設定された
仕上げ形状に基づき仕上げ面１７まで研削を行うもので
ある。

第４図は、溶接部４の断面形状を検出するための形状認
識センサ９およびアーム機構８の位置関係を示し、第４
図（ａ）は平面図を、第４図（ｂ）は側面図を示す。な
お、同図中において、Ｚ軸は走行レール５上の移動台車
６の移動方向を示し、Ｘ軸およびＹ軸は前述した方向と
同じ方向を示している。

スリット光ｇ９ｂは、そのスリット光がＸＹ平面と平行
になるようにＸ軸上に配置されている。

また、ＴＶカメラ９ａは、撮像範囲２０の中央にスリッ
ト光により被研削面４ａ上に形成される輝線が位置して
、光軸がＺ軸に対して角θを成すように配置されている
。これにより、グラインダ７の砥石７ａが研削する位置
での溶接部４の断面形状を検出することができ、検出位
置と研削位置のオフセットによる研削仕上げ形状のズレ
を防ぐことができる。また、ＴＶカメラ９ａの撮像画面
において得られる撮像範囲２０内の２次元位置は、ＴＶ
カメラ９ａの位置が角度θで与えられているため、ＸＹ
平面上での３次元位置へ容易に変換することができる。

第５図〜第１０図を用いて、ＴＶカメラ９ａから得られ
た画像からＮＣプログラムを作成するまでのデータ処理
について説明する。

ＴＶカメラ９ａによる画像から、画像処理装置１１によ
り、輝線部分の像を抽出する。そして、第６図に示すよ
うに、抽出した像から傾きが急激に変化する点を溶接ビ
ードの端点ａ、ｂとして検出し、さらに、ベーン２の表
面上の線分ａ’　ａとクラウン３の表面上の線分ｂ’　
ｂの延長線の交点Ｃを検出し、これらの点ａ、ｂ、ｃの
位置を溶接部４の断面形状の特徴点データとして、新剤
形状データベースに登録する。次に、登録された断面形
状データａ、ｂ、ｃと、溶接部４に対しあらかじめ設定
された任意に変化する仕十げ形状であるＲ（曲率半径）
データから、データ処理装置１２により、線分ａｃおよ
び線分ｂｃと半径Ｒの円の接点ｄ、ｆおよび円弧上の点
ｅを算出し、仕上げ面の位置を決定して、線分ａｄ、円
弧ｄｅｆ、線分子すを結ぶ曲線を研削領域の境界を示す
データとする。これらの点ａ、ｄｌ　ｅ、ｆｔ　ｂの座
標は、研削領域データとして研削形状データベースに登
録される。

以上の処理を溶接線に沿って一定間隔ごとに行うことで
、第７図に示すような、最終的な研削領域データを得る
ことができる。なお、第７ｐ２１において、位１１　Ｐ
　ｉは溶接部４の断面形状を検出したＺ軸方向の位置を
示し、研削領域データａｉ。

ｂｉ、ｄｉ、ｅｉ、ｆｉはそれぞれｘｙ平面上での位置
を示すものである。また、設定Ｒデータを変更すること
で、仕上げ形状が変化するものに対する仕上げ面形状デ
ータを作成することができる。

第８［ｉ２１は、得られた仕上げ面形状データにより。

研削領域の境界面となる仕上げ面１７を点列の集まりと
して示したものである。

次に、第９図に示すように、登録された研削領域−夕と
、検出されたグラインダ砥石７ａの形状データｒ６とか
ら、砥石７ａの中心位置Ｑ、およびアーム機構８の各軸
の位置Ｘ、Ｙ、　　θ６．θ９を求め、グラインダ７の
移動を制御するＮＣプログラムを、プログラム作成装置
１３により作成する。

この時、第１０図に示すようにＣ軸８ｅの角度Ｏｃを変
え、グラインダ７の中心軸８ｆと被研削面４ａとの角度
を変化させることにより、グラインダ砥石７ａの形状デ
ータｒ。を実質的にｒ工→ｒ。

に近似的に変化させることができ、１つのグラインダ７
で曲率が異なる仕上げ面形状を得ることができる。

ＮＣ制御装＠１４は、このように作成されたＮＣプログ
ラムに基づき、各軸を制御しながら研削を行う。なお、
水装置では、設定Ｒデータの値を無限大に設定すること
で仕上げ面を平面に形成することもできる。

第１１図に、研削時のグラインダ砥石７ａの摩耗および
グラインダ７の研削過負荷に対処するための装置構成を
示す。

第１２図（ａ）に示すように、研削中に摩耗して外径が
小さくなるた砥石７ａ’では、設定された仕上げ面１７
を得ることができなくなる。このため、グラインダ保持
アームＣ軸８ｅ先端に取り付けた距離センサ１ｏにより
、自身がらの砥石７ａ、７ａ’　までの距１１１Ｑ、Ｑ
’　を検出し、これらの検出値から、砥石７ａの摩耗量
（Ｑ７Ｑ’）を算出し、第１２図（ｂ）に示すように、
摩耗量（Ｑ−Ｑ’）だけＢ軸８ｄを砥石７ａ’が研削仕
上げ面１７に近づく方向へ移動するようＮ　ＣＩＩＪ御
装！！１４を制御する。このように、砥石７ａの摩耗量
、つまり砥石７ａの外径寸法を管理することで、砥石７
ａが摩耗して弁径寸法が変化しても、設定された仕上げ
面１７を得ることができる。

グラインダ７の研削時の負荷の大きさとグラインダ７の
負荷電流の間には、第１３図（ａ）に示すような関係が
あり、研削負荷が大きくなりすぎるとグラインダ７を破
損する恐れがある。このため、研削負荷を一定値以下に
押える必要がある。

そこで、グラインダ７を破損しない範囲の研削負荷Ｆ０
に対応する負荷電流値工。を設定しておき、グラインダ
７に取り付けた負荷電流検出センサ２２の検出値が設定
負荷電流値工。を越えたら。

第１３図（ｂ）に示すように、Ｂ軸８ｄをグラインダ７
が研削仕上げ面１７から遠ざかる方向へ移動するようＮ
Ｃ制御装置１４を制御し、研削負荷を小さくし負荷電流
を設定値工。以下にする。この動作によりグラインダの
砥石７ａは修正された形状１７′を倣うように研削する
。これを繰り返し、動作中にＢ軸８ｄの退避動作が無く
なるまで研削を行うことで、過負荷になることなく、設
定された仕上げ面形状１７を得ることができる。

第１４図に水装置による研削手順を示す。

まず、クラウン３上に走行レール５を設置し、移動台車
６の段取りを行う（ステップ１）。次に、形状認識セン
サ９と画像処理装置１１により、溶接部４の断面形状デ
ータを横比しくステップ２）、溶接線全体について検出
が終了したら（ステップ３）、あらかじめ設定した仕上
げ形状に基づき。

データ処理装置１２により研削領域データを算出する（
ステップ４）。そして、算出された研削領域データとグ
ラインダの砥石７ａの形状に基づき、プログラム作成装
置１３によりグラインダの移動を制御するＮＣプログラ
ムを作成しくステップ５）、作成されたＮＣプログラム
をＮＣ制御装置１４に転送する。ＮＣプログラムがＮＣ
制御装＠１４に転送されると、アーム機構８およびグラ
インダ７が髪動して研削が開始される（ステップ６）。

研削中は、砥石摩耗に対するＢ軸８ｄの補正動作（ステ
ップ７）、および研削負荷を設定値以下にする補正動作
を行う（ステップ８）。そして、以上の動作を溶接線全
体について行い（ステップ９）、溶接部４に対する研削
を終了する。

［発明の効果］ 本発明によれば、仕上げ面形状を予め登録しておくこと
により、この仕上げ面形状に応じた研削領域が決定され
、研削工具は決定された研削領域を研削するよう制御さ
れるので、予め仕上げ面形状を所望する形状に設定する
ことで、平面のみならず各種形状の研削仕上げ面を得る
ことができる。

４、　　ｌ１２１面の簡単な説明 第１図は研削装置の全体斜視図、第２図は研削装置の側
面図、第３図（ａ）は第１図におけるＡ−Ａ線断面図、
第３図（ｂ）は第１図におけるＢ−Ｂ線断面図、第４図
はＴＶカメラとスリット光源との位置関係を示す説明図
、第５図はデータの流れを示す説明図、第６図は断面形
状データおよび研削領域データ等が示す点の位置関係を
示す説明図、第７図はデータ構成を示す説明図、第８図
は研削領域データが示す点列で仕上げ面形状を模式的に
示した説明図、第９図はグラインダと仕上げ面との位置
関係を示す説明図、第１０図はグラインダの中心軸の角
度変化による仕上げ面の曲率変化を説明するための説明
図、第１１図は砥石摩耗および研削過負荷に対して補正
制御を行う装置の機能ブロック図、第１２図は砥石摩耗
に対する装置の動作を説明するための説明ゾ、第１３図
は研削過負荷に対する装置の動作を説明するための説明
図、第１４図は装置の動作順序を示すフローチャートで
ある。

１・水車ランナ、２・・ベーン、３・・・クラウン、４
・・・溶接部、４ａ・・・被研削面、５　・走行レール
、６・・・移動台車、７・・・グラインダ、８・・・ア
ーム機構、９・・形状認識センサ、９ａ・・・ＴＶカメ
ラ、９ｂ・・・スリット光源、１０・・距離センサ、１
１・・画像処理装置、１２・・データ処理装置、１３・
・ＮＣプログラム作成装置、１４・・ＮＣ制御装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、溶接部を研削する研削装置において、 前記溶接部を撮像する溶接部撮像手段と、 撮像により得られたデータから前記溶接部の形状および
   位置を認識する形状認識手段と、予め定められた仕上げ
   面形状と認識された前記溶接部の形状および位置とに基
   づき、前記仕上げ面の位置を算出して、前記溶接部の研
   削領域を決定する研削領域決定手段と、 決定された前記研削領域に基づき、研削工具の移動経路
   を算出する移動経路算出手段と、算出された移動経路に
   従って前記研削工具を移動させる工具移動手段とを備え
   ていることを特徴とする研削装置。 ２、溶接部の長手方向に沿って設けられるレールと、 研削工具を支持すると共に、前記溶接部に対する研削工
   具の位置および角度を変化させる工具支持機構と、 前記溶接部を撮像するカメラと、 前記工具支持機構と前記カメラとを搭載し、前記レール
   上を移動する移動台車と、 撮像により得られたデータから溶接部の形状および位置
   を認識する形状認識手段と、 予め定められた仕上げ面形状と認識された前記溶接部の
   形状および位置とに基づき、前記仕上げ面の位置を算出
   して、前記溶接部の研削領域を決定する研削領域決定手
   段と、 決定された前記研削領域に基づき、研削工具の移動経路
   を算出する工具経路算出手段と、算出された移動経路に
   基づき、前記移動台車の移動に同調させて、前記工具支
   持機構に対して前記研削工具の位置および角度の変化量
   を指示する指示手段とを備えていることを特徴とする研
   削装置。 ３、少なくとも２つの部材が溶接により特定の角度を成
   して接合されている構造物の溶接部に、予め定められた
   曲率の仕上げ面が形成されるよう、該溶接部を研削する
   研削装置であって、前記溶接部を撮像する溶接部撮像手
   段と、 撮像により得られた画像から、傾きが急激に変わる２点
   を前記溶接部の端点として認識し、２つの前記部材のう
   ち、一方の部材上の点と該一方の部材側の端点とを通る
   線分と、他方の部材上の点と該他方の部材側の端点とを
   通る線分との交点とを求める手段と、 予め定められた前記仕上げ面の曲率半径を成す円弧と前
   記線分との接点を求め、該接点に接する円弧および該接
   点と前記端点との間の線分を研削領域の境界を示す研削
   領域データとして認識する手段と、 前記研削領域データに基づき、研削工具の移動経路を算
   出する移動経路算出手段と、 算出された移動経路に従って前記研削工具を移動させる
   工具移動手段とを備えていることを特徴とする研削装置
   。 ４、前記研削工具の外径寸法を認識する工具寸法認識手
   段と備え、 前記工具経路算出手段は、前記研削領域と認識された前
   記研削工具の外径寸法とに基づいて、前記移動経路を算
   出すると共に、前記研削工具の外径寸法が変化に対応さ
   せて、算出された前記移動経路を補正することを特徴と
   する請求項１、２または３記載の研削装置。 ５、前記研削工具の研削負荷を検出する研削負荷検出手
   段と、 検出された前記研削負荷が予め定められた値を超えると
   、前記研削工具を研削位置から退避させる工具退避手段
   とを備えていることを特徴とする請求項１、２、３また
   は４記載の研削装置。 ６、溶接部を研削する研削方法において、 前記溶接部を撮像し、前記溶接部の形状および位置を認
   識し、 予め定められた仕上げ面形状と認識された前記溶接部の
   形状および位置とに基づき、前記仕上げ面の位置を算出
   して、前記溶接部の研削領域を決定し、 決定された前記研削領域に基づき、研削工具の移動経路
   を算出して、該移動経路に従って前記研削工具を移動さ
   せることを特徴とする研削方法。 ７、前記研削工具の外径寸法を測定し、 前記研削工具の移動経路算出の際には、決定された前記
   研削領域と共に前記研削工具の外径寸法に基づいて、前
   記移動経路を算出すると共に、前記研削工具の外径寸法
   が変化すると、これに対応させて算出された前記移動経
   路を補正することを特徴とする請求項６記載の研削方法
   。