JPH0659610B2 - 形鋼の端部のバリ取り装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、形鋼の端部のバリ取りを自動的に行うことが
可能なバリ取り装置に関する。さらに詳しくは本発明
は、たとえば港湾、河川の基礎工事等に使用される大型
の鋼矢板のツメ部の手入れを確実に行うことが可能な、
形鋼の端部のバリ取り装置に関する。

（従来の技術） 長さが５〜25ｍ程度であって、港湾・河川の基礎工事等
の際に、地中に埋設して使用される鋼矢板の製造工程
は、一般的な大型の形鋼の製造工程と概ね同様である。
すなわち 製鋼→連続鋳造→粗圧延→中間圧延→仕上げ圧延→冷却
→矯正→冷間切断→仕上げ（手入れ、再矯正等）→出荷 という工程である。

しかし鋼矢板は前述したような港湾・河川等の基礎工事
においては、そのツメ部を相互に嵌合して壁状材を形成
して地中に埋設して使用されるために、接合部であるツ
メ部には、優れた強度・寸法精度およびその端部にバリ
が残存しないことが強く望まれる。

そこで従来より鋼矢板の端部には、前述したように冷間
切断後にグラインダー等による手入れを行って仕上げて
いた。

しかしこのグラインダーによる手入れには多くの工数を
必要とするとともに、作業のバラツキにより確実な品質
管理を行うことが困難であった。

そこで従来から省力化・バリ除去の完全化を目的とし
て、鋼矢板に代表される形鋼の端部における様々なバリ
取り手段が提案されている。たとえば、 （ｉ）複雑な断面形状を有する鋼矢板の切断部である端
部を高精度でならってバリ取りを行う必要があることか
ら、６軸のアームを有する高精度の汎用ロボットのアー
ム先端部にバリ研削用ツールであるグラインダーを設置
して、該グラインダーが鋼矢板の端部をならうようにロ
ボットに教示を行ったバリ取りを行う方法である。

（ii）上記（ｉ）の方法の精度を一層向上させる方法と
して、鋼矢板の寸法精度のばらつき、搬送コンベア上の
鋼矢板の停止位置精度のばらつきを補正するために、た
とえばツールであるグラインダーをロボットのアーム先
端に設置する際に、ツールをエアーまたはばね等による
緩衝部材を介して設置し、ばり取り加工中はツールをエ
アーまたはばね等を介して材料に押圧しながら、鋼矢板
を研削する方法である。回転しながら鋼矢板の端部に押
圧されるグラインダーの自動求心作用を利用して加工の
際のツールが受ける負荷を一定として研削することを可
能とする方法である。

（iii）上記（ii）の方法をさらに発展改良した方法で
あって、ロボットアームの各軸に設けたセンサーが検出
する、ロボットが研削中に受ける負荷と、研削中のロボ
ットアームのたわみ量とから、既に教示してあるロボッ
トの移動軌跡を修正して、鋼矢板の端部を正確に研削す
る方法である。

（iv）極座標系の３軸からなる簡易なロボットを用い
て、低コスト化を図った方法である。

（発明が解決しようとする課題） しかしこれらの公知の手段を用いても、鋼矢板の端部の
バリ取りを安価にかつ確実に行うことはできない。すな
わち （ｉ）に示した手段では、そのならい精度を確保するた
めに６軸のアームを有するロボット、とりわけ高価な電
動６軸ロボットを用いる必要があるため、設備費および
製造コストが上昇するという問題がある。またロボット
のアームは研削中に受ける振動のために破損しやすく、
またツール取付位置がずれやすいため確実な研削を行う
ことがむずかしい。

（ii）に示した方法では、研削中にエアー漏れまたはば
ねの剛性の低下が発生するために、最大で５〜10kgf/mm
²程度の荷重しかグラインダーにかけることができず、
大きなバリは除去することができず残ってしまうという
問題がある。

また（iii）に示した方法は、現在盛んに研究がなされ
ているが、具体的な実施の態様を提示するまでには到っ
ていないのが現状である。

さらに（iv）に示した方法は、ロボットのアームの移動
速度が小さく、少量生産ラインにしか適用することがで
きなかった。

以上（ｉ）、（ii）、（iii）および（iv）に示した方
法では、いずれも鋼矢板の端部のバリ取りを安価にかつ
完全に行うことは不可能であった。

ここに本発明の目的は、たとえば鋼矢板に代表される形
鋼の端部のバリ取りを確実に、完全にかつ低コストで行
うことができるバリ取り装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは上記の課題を解決するため種々検討を重ね
た結果、 (a)極座標系の３軸からなる、安価な装置を用いて高い
ならい精度で鋼矢板の端部のならいを実現するために 距離測定計をツールであるグラインダーの近傍に設置
してツールと被研削面との距離を加工中に常時測定し、
この測定データにより既に装置に教示・入力されている
軌跡の指令値を最適な値に適宜変更・修正する。

極座標系からなる装置アームのうちの１軸のアームを
単純化・軽量化することにより、軌跡精度を向上する。

とともに、 (b)ツールをエアーまたはばね等による緩衝材を介して
ロボットのアーム先端に設置する、前述の（ii）に示し
た方法では、大きなばりは完全に研削することができな
いことに対しては、 研削中の装置のアーム先端にかかる負荷を常時検出
し、この値を装置のアーム各軸の駆動モーターにフィー
ドバックして既に装置に教示・入力されている移動速度
を最適値に適宜変更・修正することにより、グラインダ
ー先端にかかる負荷に対応した確実な研削を行う という、、およびに示した手段を用いることによ
り、たとえば鋼矢板に代表される形鋼の端部のバリ取り
を確実に、完全にかつ低コストで行うことができること
を知見して、本発明を完成した。

ここに本発明の要旨とするところは、形鋼の端部のバリ
取り装置であって、 （ｉ）搬送テーブル上の形鋼の両側辺の内部に直立し、
それぞれ独立に形鋼の幅方向に移動自在の少なくとも２
本のアームと、 （ii）前記形鋼の幅方向に横架され、前記２本のアーム
を形鋼の幅方向に移動自在に連結するとともに、前記形
鋼の上下方向および形鋼の長手方向に移動自在に設置さ
れたアームと、 （iii）前記、（ｉ）の少なくとも２本のアームに設置
され、かつ形鋼の長手方向に移動自在に設置されたツー
ルと形鋼との距離を測定する距離測定計と、 （iv）前記ツールの駆動モーターの研削中の負荷電流値
を検出する計測器と、 （ｖ）前記（ｉ）および（ii）のアームの移動軌跡およ
び移動速度を事前に入力されているとともに、前記（ii
i）の距離測定計により得られた距離測定値と前記（i
v）の計測器により得られた電流値とから、前記（ｉ）
のアームおよび前記（ii）のアームの移動軌跡および移
動速度の最適値を演算して、前記事前に入力されている
移動軌跡および移動速度を変更する信号を出力する演算
器とからなる、形鋼の端部のバリ取り装置である。

本発明において、「形鋼」とは、前述した鋼矢板のみな
らずＨ形鋼、Ｉ形鋼、等辺山形鋼、溝形鋼、抗わく鋼等
をいい、特定の形状の形鋼には限定されないが構造上、
左・右対称（規定サイズ、形状）のものが好適である。

また本発明において「ツール」とは、鋼矢板に代表され
る形鋼の端部に発生するバリを除去するために用いる回
転型の研削刃を有する工具をいい、具体的にはエンドミ
ルカッター、グラインダー等が例示される。

（作用） 以下本発明をその実施例とともに詳述する。なおこれは
あくまでも本発明の例示であり、これにより本発明が不
当に制限されるものではない。

また説明の便宜上、本明細書において形鋼として鋼矢板
を用いる。

まず第１図に本発明にかかる形鋼の端部のバリ取り装置
の各部の制御関係を示す。本発明にかかる装置は略言す
ると、最終的に装置のアームの移動軌跡および移動速度
を最適な値とするための信号１を装置の演算器８から出
力するものであって、前記最適な値を算出するための要
素として、装置のアームに取りつけられたツール４の近
傍に設置する距離測定計５からの距離測定値２と、ツー
ル４の駆動モーター６に流れる負荷電流値３とを用い
る。

まず距離測定計５より出力された距離測定値２は演算器
７に送られ、ここで演算用信号に変換される。そして教
示により入力されている理想値であるツールパステーブ
ル９からの信号との偏差が装置の演算器８において演算
される。すなわち距離測定値信号をｄ、理想値をｄ_０と
すると、偏差Δｄは、 Δｄ＝｜ｄ−ｄ_０｜ となり、このΔｄを零とするように、すなわち装置に最
適な軌跡を与えることができるように、装置の演算器８
から、新たな軸位置指令信号１を算出し、出力する。そ
して以降装置のアームはこの新たに演算・出力された軸
位置指令信号に基づいた軌跡を移動する。

全く同様にして、研削中のツール４の駆動モーター６に
流れる負荷電流値３を演算器10に出力し、この演算器10
において、負荷電流３はツール４の回転速度実測値ｖに
変換される。そしてこのｖと既に入力されている、理想
値であるツールパステーブル９からのツール回転速度目
標値ｖ_０との偏差 Δｖ＝｜ｖ−ｖ_０｜ が演算される。

そしてツールによる面削り量（オフセット量）を一定と
するために、前記Δｖに対して (a)Δｖが大きな値である場合、すなわち研削中の負荷
荷重が大きい場合（大きなバリである場合）には、装置
の各軸のモーターに、既に教示されている移動速度より
小さな移動速度指令値Ｖを出力する (b)Δｖが小さな値である場合、すなわち負荷荷重が小
さい場合（小さな値である場合）には、装置の各軸の駆
動モーターに、既に教示されている移動速度より大きな
速度指令値Ｖ′を出力する という操作を行って、装置の演算器８に出力する。なお
ＶおよびＶ′の算出は、事前に下記第１表に示すような
関係を実験等により算出しておき、演算器10に出力して
おけばよい。

こうして装置の演算器８は最適な軌跡および移動速度を
演算し装置の動作を変更・修正するのである。

以上が本発明にかかる形鋼の端部のバリ取り装置の制御
の概要である。

以下本発明にかかる形鋼の端部のバリ取り装置の各部を
詳細に説明する。

本発明の第１の特徴は、装置に設けた研削用ツール４と
被研削物である鋼矢板に代表される形鋼との距離を常に
研削に最適な距離とするために、すなわち研削用ツール
４と鋼矢板との距離を常に正確に測定するために、ツー
ル４の近傍の装置のアームに距離測定計５を設けること
である。第２図はロボットのアームの先端部に設けたツ
ール４の近傍に設置した距離測定計５、鋼矢板12のツメ
部および前記距離測定計の先端部の移動の軌跡を示す略
式説明図である。移動軌跡は破線で示す。第１図および
第２図を用いて距離測定計５を説明する。なお、ツール
４は、エアーまたはばね等による緩衝部材を介して、ア
ームに取り付けられることが一層望ましいことは言うま
でもない。

距離測定計５は、ツール４の中心と鋼矢板12との距離を
測定する。そしてこの測定値２を演算器（第１図中の
７）に出力し、この演算器２において演算用信号に変換
される。そして事前に計算等によりツールパステーブル
（第１図中の９）に入力してある理想値ｄ_０と測定によ
り得た現状値ｄとを比較して、この値の差が零となるよ
うに、装置の演算器（第１図中の８）から新たな軸位置
指令信号を出力する。

距離測定計５には測定部（または測定面）が被研削物で
ある鋼矢板２の法線方向に常に対向するように回転させ
る軸11を有しており、あらゆる形状に対しても常に測定
を可能ならしめている。そして軸11の延長上であって鋼
矢板２の端部に接する部位には、ツールが設置されてい
る。

また距離測定計５は、０mmから30mmの範囲の距離を測定
・検知できる性能を有する距離測定計であることが望ま
しく、応答性も50msec以内であることが望ましい。かか
る機能を具備する距離測定計としては、光マイクロを用
いた光距離測定計、超音波を利用した距離測定計または
TVカメラを利用した画像処理距離測定計等が例示され
る。

距離測定計５の設置位置は特に制限を必要としないが、
教示および研削作業中の障害とならず、また保守点検の
容易さという観点からは、ツールと同様に装置のアーム
の先端部に設置することが望ましい。またこの距離測定
計５は、装置のアームの軌跡を事前に変更することを目
的として用いるため、装置のアームの進行方向の前部に
おける、ツール中心と鋼矢板との距離を測定できるよう
にしておくことが望ましい。具体的には装置のアームの
移動速度、演算器が補正値を出力するまでの時間、装置
の反応時間等を考慮にいれて、おおよそ研削部位の５〜
10mm程度先行する部位を測定することができる位置に設
置しておくことがさらに望ましい。

さらにその設置方法としては、装置のアームの動作によ
り、または研削中にツールを介して装置のアームが受け
る振動により、取りつけ位置がずれたり、最悪の場合に
脱落することを防止するために、ボルト等により確実に
固定しておくことが望ましい。また安全機構として、距
離測定計５が装置のアームから脱落したことを検知する
センサー（近接スイッチ等）を設置しておき、異常時に
は装置に停止信号を出力することも有効な方法である。

次に本発明にかかる装置の第２の特徴は、簡易な極座標
系からなる３軸の装置の軌跡精度および移動速度を向上
させるために、装置のアームの構造を簡素化・単純化し
たことにある。第３図(a)および第３図(b)に、本発明に
かかる形鋼の略式正面図および略式側面図を示す。

まず第３図(a)を用いて説明する。前述した距離測定計
５を第３図(a)中のＡ部およびＢ部に設置してあるた
め、ツール４をＡ部およびＢ部に設置しておくことによ
り鋼矢板12の両側面部21および22の研削を同時に行うこ
とができるのであるが、たとえば鋼矢板12の２枚の両側
辺間21および22の距離が断面各部で一定でない場合に
は、補正された指令値により２個の例えばグラインダー
であるツール４はそれぞれ互いに離れる方向に動いたり
または近づく方向に動くことになる。したがってこの２
枚のツール間の距離が一定であったのでは、上記の信号
に対応することができない。

そこで本発明においては、まず２本のツールそれぞれを
鋼矢板の幅方向に移動自在となるように、それぞれ独立
したアーム23および24に設置するのである。

すなわち第３図(a)および第３図(b)に示すように、２本
のアーム23および24は互いに独立して、鋼矢板の幅方向
に自在に移動可能に設置されている。

また装置の構造を簡素化・軽量化するために、本発明に
かかるバリ取り装置は、第３のアーム25すなわちツール
を上下方向に移動せしめるアームは一本のアームとし
て、このアーム25をアーム23およびアーム24に対して鋼
矢板の幅方向に横架している。アーム25の端面にはラッ
クが設けられ、該ラックと嵌合するピニオンギヤーがア
ーム23およびアーム24に設置されている。そして前記ピ
ニオンギヤが駆動するモーター（第３図中の27および2
8）の作用によりアーム25の幅方向について、アーム23
およびアーム24は移動自在に設置されている。したがっ
て、 装置全体の剛性を高めることができる。

アーム23およびアーム24を２本の、それぞれ形鋼の幅
方向に移動自在なアームとしたため、１つのアーム25で
２つのツールを昇下降させることが可能となり、アーム
25を昇下降させる、たとえばモーターに付属するリトラ
クタ機構（配線、配管等の巻き取り機構）を単純化・合
理化すなわち低コスト化できる。

ツール21および22をアーム23、24に設置する方法は特に
制限を必要としないが、第３図(b)において、ツール４
を矢印方向に移動できるようにするためにツール４をエ
アーまたはばね等の緩衝部材を介してアーム23、34に確
実に固定しておき、前記アーム23、24を矢印方向に移動
自在とする構造を採用することが望ましい。

なお、アーム25を形鋼の上下方向に移動させる手段とし
ては、たとえば第３図においてフレーム29にラックを設
け、該ラックに嵌合するピニオンギヤを駆動モーター26
で駆動する手段が例示される。

次に本発明にかかる第３の特徴は、ツール４の駆動モー
ター６の研削中の負荷を負荷電流の計測器6aにより検出
し、この負荷電流値３に対応して装置の各アームの駆動
モーターに、新たに設定した電流値を流すことである。
例えば、ツール４の駆動モーター６の負荷が大きな値で
ある場合すなわち高さの高いバリを研削する場合には、
前述の第１表の関係から、装置の各アームの駆動モータ
ーに対して新たに演算した電流値を流して装置の移動速
度を低下させ、ゆっくりと確実に研削する。こうするこ
とにより、一定の面削り相当量で研削することが可能に
なる。つまり前述したように鋼矢板の端部に発生するバ
リの大きさは一定ではなく、従来の方法では大きなバリ
を除去する際にも装置のアームは一定の速度で移動して
いたためにバリを完全に除去することができなかった
が、本発明においては、大きなバリによりツール４の駆
動モーター６の負荷電流値が増大すると、この増大した
抵抗に見合った低い電流値を装置のアームの駆動モータ
ーに流すように電流値が変更されるため、常に一定のオ
フセット量（面削り相当量）で研削することが可能とな
った。したがって大きなバリの除去も確実に行うことが
できる。

（発明の効果） 以上詳述してきた本発明により、鋼矢板に代表される形
鋼の切り口の端部に発生するバリを確実に除去すること
ができる。

また高価な電動６軸ロボットを用いる必要もなく安価な
設備とすることができる。

また本発明は、切り口端部のバリの発生が大きな製造上
の問題である鋼矢板の製造に対しては好適な発明である
が、本発明の原理から考えて、何ら鋼矢板に限定される
ものではなく、Ｈ形鋼、Ｉ形鋼等の大型形鋼全般に広く
適用できる発明であることはいうまでもない。

かかる高価を有する本発明の意義は極めて著しい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のかかる装置の制御関係を表す説明
図； 第２図は、本発明にかかる装置の距離測定機の設置状態
を模式的に示す略式説明図； 第３図(a)は、本発明にかかる装置の全体を示す略式全
体図；および 第３図(b)は、本発明にかかる装置の全体を示す略式側
面図である。 １：補正信号、２：距離測定値 ３：負荷電流値、４：ツール ５：距離測定計、６：駆動モーター ７、10：演算器、８：装置の演算器 ９：ツールパステーブル 11：回転軸、12：鋼矢板 21、22：側面部、23、24、25：アーム 26：アーム25駆動モーター 27：アーム23駆動モーター 28：アーム24駆動モーター 29：フレーム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】形鋼の端部のバリ取り装置であって、 （ｉ）搬送テーブル上の形鋼の両側辺の内部に直立し、
   それぞれ独立に形鋼の幅方向に移動自在の少なくとも２
   本のアーム23、24と、 （ii）前記形鋼の幅方向に横架され、前記２本のアーム
   23、24を形鋼の幅方向に移動自在に連結するとともに、
   前記形鋼の上下方向および形鋼の長手方向に移動自在に
   設置されたアーム25と、 （iii）前記、（ｉ）の少なくとも２本のアーム23、24に
   設置され、かつ形鋼の長手方向に移動自在に設置された
   ツール４と形鋼との距離を測定する距離測定計５と、 （iv）前記ツール４の駆動モーター６の研削中の負荷電
   流値を検出する計測器6aと、 （ｖ）前記（ｉ）および（ii）のアーム23、24、25の移動
   軌跡および移動速度を事前に入力されているとともに、
   前記（iii）の距離測定計により得られた距離測定値と
   前記（iv）の計測器6aにより得られた電流値とから、前
   記（ｉ）のアーム23、24および前記（ii）のアーム25の
   移動軌跡および移動速度の最適値を演算して、前記の事
   前に入力されている移動軌跡および移動速度を変更する
   信号を出力する演算器10とからなる、形鋼の端部のバリ
   取り装置。