JPH07186036A

JPH07186036A - 鋼板の砥石掛装置および方法

Info

Publication number: JPH07186036A
Application number: JP35326893A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Kawaguchi; 敦史川口; Takashi Shimada; 孝島田; Takatomo Eda; 尚智江田; Hisao Ebihara; 久男海老原
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1993-12-27
Filing date: 1993-12-27
Publication date: 1995-07-25

Abstract

(57)【要約】【目的】鋼板の表面を均一に砥石掛し、微小欠陥の検
査精度、能率を向上。【構成】アーム７を有する多軸ロボット６は少なくと
も鋼板１の面上の直交する２方向および鋼板１に対して
法線方向の３方向の自由度を有している。アーム７の先
端に設けられたハンド８は、少なくとも鋼板１に対して
法線方向の自由度を有しその法線方向の押付力が不変で
ある構造を有する機構および砥石２とからなっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、鋼板の検査工程にお
いて、鋼板表面の微小欠陥の判定に使用される鋼板の砥
石掛装置および方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、冷延鋼板あるいはメッキ鋼板の
表面には、その製造工程において種々の点状、線状ある
いは面状の形態を有する凹凸欠陥が発生する場合があ
る。これらの欠陥は、検査工程において欠陥の有無、欠
陥のグレードを主に鋼板を走行させながら目視または欠
陥検出計によって判定している。しかしながら、これら
の欠陥のうち微小な欠陥については、鋼板を停止した上
で検査員が鋼板表面の砥石掛作業を行ない欠陥を明瞭に
して欠陥判定を行っている。

【０００３】砥石掛作業を図６〜９によって説明する。
砥石掛作業は、砥石により鋼板表面を軽度に研削する作
業である。図６および７において、１は鋼板、２は砥
石、３は鋼板表面上の微小凸欠陥、４は微小凹欠陥であ
る。図８および９は図６および７中の鋼板１を砥石２に
よって砥石掛した状態を示したもので、図中５は砥石に
よって研削された部位である。即ち、鋼板表面を砥石掛
することにより、研削部と非研削部との光沢の差異か
ら、微小欠陥の存在を明瞭にし、その判別が可能とな
る。

【０００４】図１０は鋼板上に存在する線状欠陥の形態
を示す平面図である。図中11は鋼板長手方向の線状欠陥
であり、12は鋼板幅方向の線状欠陥である。前述の研削
部と非研削部との粗さの差異を明瞭にするために、砥石
掛の軌跡を図中実線のように、線状欠陥に対して直交し
て一定量の研削で且つ１往復後の送り量を一定とする様
に砥石掛をすることが望ましい。

【０００５】しかしながら、この砥石掛作業は、鋼板上
に検査員が乗って砥石掛作業を実施するため鋼板を停止
させる必要があり、検査能率が低下する。且つ、人手作
業であることから、微小欠陥の判定のための均一な砥石
掛作業には熟練を要する。また、砥石掛作業そのものが
いわゆる３Ｋ作業といわれる重労働であり、その解消が
望まれていた。

【０００６】これらの問題を解決するため、砥石掛作業
の機械化を図った技術として、図１１〜１５に示すよう
な各種の砥石掛装置が提案されている。図１１は実開昭
61-148558 号公報（以下、「先行技術１」という）、図
１２は実開平2-63957 号公報（以下、「先行技術２」と
いう）に開示された装置である。先行技術１、２は、検
査ラインを停止することなく、砥石を板幅方向に移動な
らしめる機構と、鋼板に押し付ける機構を有する砥石掛
装置である。図１３および１４は実開昭59-183745 号公
報（以下、「先行技術３」という）、図１５は実開昭63
-7450 号公報（以下、「先行技術４」という）、に開示
された装置である。先行技術３、４は、砥石の代わりに
サンドペーパを用いて、砥石掛作業を行う装置である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の従来の砥石掛装置においては、以下に示す問題があ
る。先行技術１、２においては、鋼板状の砥石掛の軌跡
は幅方向のみである。また、先行技術３、４において
は、長手方向のみであることから判定可能な線状欠陥は
長手方向および板幅方向のうちの１つに限られる問題が
ある。また、先行技術１、２において、砥石軌跡を長手
方向、板幅方向共に移動ならしめる機構を追加すること
も可能であるが、広大なスペースを必要とし、その分設
備費が増加する問題がある。更に、これら装置は、鋼板
を停止することなく砥石掛可能な装置ではあるが、鋼板
全面に均一に砥石掛を実施するためには、鋼板の移送を
超低速にせざるを得ず、検査能率に関する人手作業との
明確な対比について公報中に記載は無いが、必ずしも人
手作業に対して優位に有るとは言い難い。

【０００８】また、鋼板は、一概に形状が平坦とは言え
ず、耳波、中伸形状が存在するが、先行技術２では砥石
が固定されており、前記の形状には追随しない。先行技
術１では、上下方向のみバネを介して可動するが、前記
の形状に追随してもバネの縮み量が変化し、即ち、押付
力が変化するため、一定量研削が不可能であり、やはり
均一な砥石掛は困難である。

【０００９】更に、先行技術３、４においては、公報中
には記載がないが、ゴム等の弾性体の表面にサンドペー
パーを用いて砥石掛を実施すると比較的均一な砥石掛が
可能かとは思われるが、この場合、サンドペーパーの消
費量が多くなり、特に、鋼板端部による損傷のため、莫
大なランニングコストが必要となる。

【００１０】従って、この発明の目的は、検査に要する
ライン停止時間を最短にし、且つ、均一な砥石掛ができ
るとともに、低設備費、省力化を実現する鋼板の砥石掛
装置および方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明の砥石掛装置
は、少なくとも鋼板面上の直交する２方向および鋼板に
対して法線方向の３方向の自由度を有する多軸ロボット
と、少なくとも鋼板に対して法線方向の自由度を有しそ
の法線方向の押付力が不変である構造を有する機構およ
び前記機構に装着された砥石からなるハンドとを備える
ことに特徴を有するものである。

【００１２】この発明の砥石掛装置を使用する砥石掛方
法においては、前記砥石の鋼板に押し付けられる面の中
心Ｐが、鋼板面上の互いに直交する線に囲まれた方形範
囲ＡＢＣＤの線分ＡＢ上の任意の点と線分ＤＣ上の任意
の点との間を直線状に複数回往復しながらＡＢ方向へ送
られ、且つ、この際前記中心Ｐが辿る軌跡が、ｗ≧Ｓ、０≦ｓ≦Ｓ但し、ｗ：線分ＡＢに平行な砥石の辺の投影長さｓ：線分ＡＢから線分ＤＣに到達するまでの中心ＰのＡ
Ｂ方向への送り量Ｓ：線分ＡＢと線分ＤＣとの間を１往復する間の中心Ｐ
のＡＢ方向への送り量であることに特徴を有するもので
ある。

【００１３】

【作用】上記のように構成された装置は、少なくとも鋼
板面上の直交する２方向および鋼板に対して法線方向の
３方向の自由度を有する多軸ロボットおよび最適な鋼板
状の砥石軌跡を選ぶことにより、ライン停止時間を最短
にすることが可能となり、砥石軌跡を鋼板幅方向、長手
方向は勿論、それ以外にも自由に選択できるため、低設
備費で省力化を図れる。

【００１４】また、ハンドは鋼板に対して少なくとも方
線方向に自由度を有しその方線方向の押付力が不変であ
ることから、鋼板の形状に追随でき、一定量の研削が可
能なため、均一な砥石掛を可能ならしめる。

【００１５】また、本発明方法によれば、砥石が線分Ａ
Ｂと線分ＤＣとの間を１往復したときの送り量Ｓが一定
量であるため人手に比べて検査の容易度が高い。

【００１６】

【実施例】次に、この発明を図面に示す実施例に基づい
て説明する。図１はこの発明の砥石掛装置の１実施態様
を示す側面図、図２はハンドの構造の１実施態様を示す
側面図である。図１および２に示すようにこの砥石掛装
置は、アーム７を有する多軸ロボット６と、アーム７の
先端に設けられたハンド８とを備えている。多軸ロボッ
ト６は少なくとも３方向の自由度、即ち、鋼板１の面上
の直交する２方向および鋼板に対して法線方向の自由度
を有している。ハンド８は、少なくとも鋼板１に対して
法線方向の自由度を有しその法線方向の押付力が不変で
ある構造を有する機構９（以下、「押付機構」という）
（図２参照）および押付機構９に装着された砥石２とか
らなっている。

【００１７】図２に示す押付機構９は、少なくとも鋼板
に対して法線方向の自由度を有しその法線方向の押付力
が不変である構造を有し、例えば内部に空気圧（空気1
0）を有するチューブによって構成されている。

【００１８】なお、砥石の材質および形状は特に問わな
いが、砥粒として炭化珪素あるいはアルミナを使用する
ことが好ましい。また、砥石の形状は鋼板に押し付ける
面が方形であることが望ましい。

【００１９】図３は砥石と鋼板との関係を示す直角座標
系の斜視図である。磁石２の鋼板に押し付けられる方形
面の対角線の交点Ｐを（Ｘ、Ｙ、Ｚ）とすると、交点Ｐ
は多軸ロボット６のアーム７（図１参照）によって、空
間内の任意の点に位置付けられる。なお、Ｘ軸、Ｙ軸、
Ｚ軸は、直角座標系である。今、鋼板の長手方向をＸ、
幅方向をＹ、方線方向をＺとして、図３に示すように鋼
板面上の任意の点Ｏを直交座標系の中心とすれば、砥石
掛が可能な条件は、“Ｚ＜０”となる。従って、少なく
とも３方向の自由度を有する多軸ロボット６を用いて点
Ｐを“Ｚ＜０”の条件で、Ｘ、Ｙを連続的に可変させれ
ば、鋼板面上の任意の範囲を砥石掛することが可能とな
る。更に、Ｚの値は鋼板の弾性と押付力とがバランスし
た値であり、鋼板の形状、剛性等に左右されるが、“Ｚ
＜０”であれば、Ｚがどのような値をとるとしても、ハ
ンド８の機構上法線方向の押付力は一定であり、一定量
研削が行なえ、均一な砥石掛面が得られる。

【００２０】次に、鋼板面上の砥石軌跡について説明す
る。この発明の砥石掛装置を用いて砥石掛作業を行う場
合の、最短の砥石掛時間および微小線状欠陥の検査の容
易度より、鋼板面上の最適な砥石軌跡を実験によって得
た。なお、ここで表す砥石掛軌跡は、砥石の鋼板に押し
付けられる側の方形面の対角線の交点、Ｐ（Ｘ、Ｙ、
Ｚ）の軌跡であり、図３に示す方向をそれぞれＸ、Ｙ、
Ｚとする。更に、前述の通り、鋼板面上の任意の点Ｏを
直交座標系の中心とすれば、砥石掛の条件より“Ｚ＜
０”である。

【００２１】図４はその砥石軌跡跡のモデルを示す平面
図であり、１は鋼板、２は砥石である。図４中のＬＭは
微小線状欠陥であり、辺ＡＢＣＤによって囲まれた部分
が砥石掛を要する範囲であり、線分ＡＢ、線分ＤＣは、
ＬＭに平行、線分ＡＤ、線分ＢＣはＬＭに直交する辺で
ある。なお、一般に微小線状欠陥は、鋼板の長手方向
Ｘ、または、幅方向Ｙに存在するが、長手方向に存在し
た場合は、線分ＡＢ、線分ＤＣは、鋼板の長手方向の距
離、線分ＡＤ、線分ＢＣは、幅方向の距離となる。ま
た、幅方向に存在した場合、それぞれの逆となる。

【００２２】図４中のＰは砥石掛軌跡であり、前述の如
く、図４中に示すように線状欠陥ＬＭに対して可能な限
り直交することが望ましい。更に、ＡＢＣＤの範囲を隈
なく砥石掛するために、線分ＡＢ、線分ＤＣ間でＡＢ方
向（ＤＣ方向）に砥石を送る必要がある。

【００２３】今、軌跡Ｐが、線分ＡＢと線分ＤＣとの間
を１往復したときのＡＢ方向の送り量をＳとし、更に、
線分ＡＢ、線分ＣＤの辺に平行な砥石の辺の投影長さを
ｗとすると、均一にＡＢＣＤを砥石掛するために必要な
条件は、Ｓ≦ｗとなる。

【００２４】これらの条件に基づいて、ＡＢＣＤの範囲
を砥石掛する場合の点Ｐが有する最適砥石掛軌跡を実験
で得た。図５の砥石軌跡の欄にその際に用いた各種砥石
掛軌跡を示した。図中２は砥石であり、ＬＭは微小線状
欠陥である。砥石軌跡No. １は、線分ＡＢから線分ＤＣ
に到達する際は、ＡＢ方向への送り量が０、線分ＤＣに
到達した時点でＡＢ方向への送り量Ｓ（Ｓ≦ｗ）、その
後線分ＤＣから線分ＡＢにＡＢ方向への送り量０で到達
させて、線分ＡＢ、線分ＤＣ間１往復で送り量をＳとす
るいわゆる矩形軌跡である。

【００２５】砥石軌跡No. ２、３、４および５は、線分
ＡＢから線分ＤＣに到達するまでのＡＢ方向への送り量
をｓとし、線分ＤＣから線分ＡＢに到達するまでのＡＢ
方向への送り量を“Ｓ−ｓ”とし、そして、線分ＡＢと
線分ＤＣとの間を１往復したときの送り量をＳとするい
わゆる三角軌跡であり、軌跡No. ２は“ｓ≦Ｓ”、軌跡
No. ３は“ｓ＞Ｓ”、軌跡No. ４は“ｓ＝０”、軌跡N
o. ５は“ｓ＝Ｓ”である。

【００２６】これら５種類の砥石軌跡について、検査の
容易度および砥石掛に要する時間（ダウンタイム）を図
５に示し比較した。いずれも人手に比べて１往復したと
きの送り量Ｓが一定量であるため検査の容易度は人手に
比べて優位であることが判明した。

【００２７】また、５種類の軌跡No. １〜５を比較し
た。なお、図５に示す各軌跡の評価は、下記の通りであ
った。検査容易度： ◎印；容易、○印；やや容易、△印；
普通 ×印；容易でない（人手並み）ダウンタイム： ○印；短い、△印；普通、×印；長い
（人手並み）不連続点数： ○印；普通、△印；多い総合評価： ◎印；良好、○印；実用上問題なし、
△印；可、×印；人手並み

【００２８】軌跡No. １は、微小線状欠陥に対して砥石
掛軌跡が直交するために検査が容易であるが、線分ＡＢ
あるいは線分ＣＤの位置に微小線状欠陥が存在する場合
は判定が不可能である。更に、不連続点数が多いため、
砥石移動における加減速の回数が増大し、その結果砥石
掛時間が増加する。

【００２９】図５に示すように、軌跡No. ２、３、４お
よび５は、砥石掛時間としては、不連続点数が少ないた
め、軌跡No. １に対して有利であり、特に砥石掛軌跡の
長さから見ると、軌跡No. ２、４（５）、３の順に有利
である。ただし、軌跡No. ２と４（５）との差は実用上
問題ない。

【００３０】検査の容易度の点では、軌跡No. １に比べ
て、軌跡No. ２、３は微小線状欠陥に対して直交しない
ため不利であるが、軌跡No. ４、５は、１往復のうち、
どちらかが直交するために軌跡No. １と同等であること
が判明した。更に、軌跡No.２についても実用上問題は
ない。

【００３１】従って、総合的には、軌跡No. ４（５）が
良好であり、軌跡No. ２についても実用上問題ないこと
が判った。

【００３２】次に、軌跡No. ４（５）を用いた本発明方
法により砥石掛を実施し、人手作業｛〔０００４〕、
〔０００５〕に記載の図１０のような作業を、軌跡No.
４（５）を用いて熟練工が１人で実施した場合｝と、砥
石掛時間を比較した。その結果を表１に示す。表１か
ら、本発明によれば、人手作業に比べて砥石掛時間が半
減することがわかる。

【００３３】

【表１】

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、次に示す工業上有用な効果がもたらされる。少なくとも鋼板面上の直交する２方向および鋼板に
対して法線方向の３方向の自由度を有する多軸ロボット
によって鋼板上の任意の方形範囲を最適な砥石掛軌跡に
よって砥石掛することにより、ライン停止時間を最短に
することが可能となり、生産性が向上し広大なスペース
を要することなく、砥石掛の自動化が図れ、低設備費で
省力化を図ることができる。少なくとも３方向の自由度を有する多軸ロボットを
用いることにより、砥石掛軌跡の送り量を一定にするこ
とができ、また、鋼板に対して少なくとも法線方向に自
由度を有しその法線方向の押付力が不変である構造を有
することから、鋼板の形状に追随でき、一定量の研削が
可能となるため、微小欠陥の発見ならしめる均一な研削
面が得られ、検査精度の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の砥石掛装置の１実施態様を示す側面
図である。

【図２】この発明の砥石掛装置の１実施態様を示すハン
ドの構造の側面図である。

【図３】砥石と鋼板との関係を示す直角座標系の斜視図
である。

【図４】砥石掛装置による砥石掛軌跡のモデルを示す平
面図である。

【図５】各種砥石掛軌跡を比較する図である。

【図６】砥石掛作業を説明する断面図である。

【図７】砥石掛作業を説明する断面図である。

【図８】図６中の鋼板を砥石によって砥石掛した状態を
示す断面図である。

【図９】図７中の鋼板を砥石によって砥石掛した状態を
示す断面図である。

【図１０】線状欠陥に対する砥石掛の軌跡を示す平面図
である。

【図１１】先行技術１を示す斜視図である。

【図１２】先行技術２を示す正面図である。

【図１３】先行技術３を示す正面図である。

【図１４】先行技術３を示す側面図である。

【図１５】先行技術４を示す斜視図である。

【符号の説明】

１鋼板２砥石３鋼板表面上の微小凸欠陥４鋼板表面上の微小凹欠陥５砥石によって研削された部位６多軸ロボット７アーム８ハンド９押付機構 10 空気 11 線状欠陥 12 線状欠陥 13 ベルトサンダー 14 押付シリンダ 15 トラバースシリンダ 16 バネ押付 17 サンドペーパーロール 18 砥石掛装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者海老原久男東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも鋼板面上の直交する２方向お
よび鋼板に対して法線方向の３方向の自由度を有する多
軸ロボットと、少なくとも鋼板に対して法線方向の自由
度を有しその法線方向の押付力が不変である構造を有す
る機構および前記機構に装着された砥石からなるハンド
とを備えることを特徴とする鋼板の砥石掛装置。
【請求項２】請求項１に記載の装置を使用する砥石掛
方法において、前記砥石の鋼板に押し付けられる面の中
心Ｐが、鋼板面上の互いに直交する線に囲まれた方形範
囲ＡＢＣＤの線分ＡＢ上の任意の点と線分ＤＣ上の任意
の点との間を直線状に複数回往復しながらＡＢ方向へ送
られ、且つ、この際前記中心Ｐが辿る軌跡が、ｗ≧Ｓ、０≦ｓ≦Ｓ但し、ｗ：線分ＡＢに平行な砥石の辺の投影長さｓ：線分ＡＢから線分ＤＣに到達するまでの中心ＰのＡ
Ｂ方向への送り量Ｓ：線分ＡＢと線分ＤＣとの間を１往復する間の中心Ｐ
のＡＢ方向への送り量であることを特徴とする鋼板の砥
石掛方法。