JP2016078150A - 鋼板表面欠陥研削装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】過剰研削やダウンタイムの超過がない最適な研削を行うことができる、鋼板表面欠陥研削装置および方法を提供することを課題とする。【解決手段】鋼板表面の欠陥を検出し、かつ検出した欠陥の研削後に残る残存欠陥を検出する欠陥検出手段と、該欠陥検出手段で検出した欠陥を研削する研削手段と、前記検出した欠陥を研削すべく、先端に設置した前記研削手段を動かす多関節ロボットと、前記欠陥検出手段で検出した欠陥に基づいて、研削範囲、深さ、研削動作といった研削条件を設定し、前記欠陥検出手段および前記研削手段との送受信、ならびに前記多関節ロボットの動作を制御する制御装置とを具備する。【選択図】図１

Description

本発明は、鋼板表面に点在する欠陥を検出し研削する、鋼板表面欠陥研削装置および方法に関するものである。

熱間圧延工程後の鋼板表面には、ヘゲやスリーバー、スケールなどの表面欠陥が点在する。これらの表面欠陥は、酸洗、冷間圧延、焼鈍、鍍金工程を経ても残存することもあるため、最終工程で当該部を切捨てることとなり、歩留悪化の要因となっている。

欠陥部に凹凸がある場合には、欠陥の残存が発生すると言われている。そこで、欠陥部を研削・研磨し欠陥部の凹凸を除去することで、欠陥を除去もしくは軽減でき、切捨て量を削減することができる。

鋼板の表面欠陥除去装置として、例えば、特許文献１および２に開示の技術が開示されている。特許文献１に開示の技術では、ステンレス鋼板においてスケール除去のために連続焼鈍酸洗設備の入口にブラシロールを設置してスケールを除去している。また、特許文献２に開示の技術では、ステンレス鋼板の表面欠陥を除去するために、ベルトにより表面を研削している。

特開平０７−０５１７２７号公報 特開２００８−２２９７３１号公報

しかしながら、特許文献１および２に開示の技術は、固定された軸に設置したブラシ、ベルトによる回転研削であり、一方向の研削しかできないため、必ずしも全ての欠陥に対して、最適な研削を実施できるとは言えないという問題がある。

また、鋼板パスラインとブラシ・ベルトの位置が一定のため、鋼板の形状やオフゲージのバラツキにより研削深さが異なる。よって、欠陥部の凹凸除去に最適な研削量を確保できない、もしくは過剰研削となるという問題もある。

さらに、上述した開示の技術は、ブラシやベルトの形状により研削幅が決定されるため、微細欠陥に対しても過剰な面積を研削せざるを得ないという問題もある
以上のように、過剰研削による歩留りや砥石の原単位の悪化、また研削不足時には再研削を実施することで、ダウンタイムが多くなってしまう。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、過剰研削や研削不足がない最適な研削を行うことができる、鋼板表面欠陥研削装置および方法を提供することを課題とする。

上記課題は、以下の発明によって解決できる。
［１］鋼板表面の欠陥を検出し、かつ検出した欠陥の研削後に残る残存欠陥を検出する欠陥検出手段と、
前記欠陥または前記残存欠陥を研削する研削手段と、
該研削手段を先端に設置し、３次元空間の移動機能を有する多関節ロボットと、
前記欠陥検出手段で検出した欠陥に基づいて、研削範囲、研削深さ、研削動作といった研削条件を設定し、前記欠陥検出手段および前記研削手段との送受信、ならびに前記多関節ロボットの動作を制御する制御装置と、
を具備することを特徴とする鋼板表面欠陥研削装置。
［２］ 上記［１］に記載の鋼板表面欠陥研削装置において、
前記欠陥検出手段は、
カメラとカメラで撮影した鋼板表面の画像を処理し欠陥を検出する画像処理装置とを具備し、
前記研削手段は、
ハンドグラインダーとハンドグラインダーの鋼板表面への押付け力を調節する上下スライドとを具備することを特徴とする鋼板表面欠陥研削装置。
［３］ 上記［２］に記載の鋼板表面欠陥研削装置において、
前記制御装置は、
ハンドグラインダーの研削電流を一定に制御するように、前記上下スライドの上下位置を操作するフィードバック制御を行うことを特徴とする鋼板表面欠陥研削装置。
［４］鋼板表面の欠陥を検出する欠陥検出ステップと、
欠陥検出を受けて、研削範囲、研削深さ、研削動作といった研削条件を設定する研削条件設定ステップと、
設定した研削条件に基づいて、多関節ロボットの先端に設置した研削手段によって研削作業を実行する研削作業ステップと、
研削後に残る残存欠陥を検出する欠陥再検出ステップと、
再研削が必要かどうかを判断する再研削判断ステップと、
を有することを特徴とする鋼板表面欠陥研削方法。
［５］ 上記［４］に記載の鋼板表面欠陥研削方法において、
前記欠陥検出ステップおよび欠陥再検出ステップでは、
カメラとカメラで撮影した鋼板表面の画像を処理し欠陥を検出し、
前記研削作業ステップでは、
ハンドグラインダーとハンドグラインダーの鋼板表面への押付けを調節する上下スライドとからなる研削手段によって研削作業を実行することを特徴とする鋼板表面欠陥研削方法。
［６］ 上記［５］に記載の鋼板表面欠陥研削方法において、
前記研削作業ステップでは、
ハンドグラインダーの研削電流を一定に制御するように、前記上下スライドの上下位置を操作するフィードバック制御を行うことを特徴とする鋼板表面欠陥研削方法。

本発明によれば、欠陥検出を受けて研削条件を設定し、設定した研削条件に基づいて多関節ロボットの先端に設置した研削手段によって研削作業を実行するようにしたので、過剰研削や研削不足がない最適な研削を行うことができる。

本発明に係る鋼板表面欠陥研削装置の構成例を示す図である。 多関節ロボットの動作による研削軌跡の一例を示す図である。 撮像した画像および画像処理の一例を示す図である。 本発明に係る鋼板表面欠陥研削方法の処理手順例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態について説明する。図１は、本発明に係る鋼板表面欠陥研削装置の構成例を示す図である。図中、１は鋼板、２は多関節ロボット、３はカメラ、４は上下スライド、５はハンドグラインダー、６は画像処理装置、および７は制御装置をそれぞれ表す。

鋼板１に点在する表面欠陥をハンドグラインダー５で研削する様子を模式的に表している。

ハンドグラインダー５は、先端に取り付けた円形の研削板を回転して表面欠陥を研削する機器であり、人間が手で持って研削する汎用機器を使用する。なお、研削手段として、ハンドグラインダー５を示しているが、これに限られるものでない。

本発明では、ハンドグラインダー５を、多関節で３次元空間の移動機能を有する多関節ロボット２の腕の先端に取り付けた上下スライド４の先に設置する。上下スライド４は、多関節ロボット２の腕の長手方向にハンドグラインダー５を直線的に移動させ、ハンドグラインダー５の鋼板１への押付け力を調節するためのものであり、駆動源としてはサーボモーターまたは油空圧シリンダーを用いるようにする。

ここでは、ハンドグラインダー５の研削電流を一定に制御するように、制御装置７により上下スライド４の上下位置を操作するフィードバック制御（以下、FB制御とも記載する）行っている。水平でなく斜めにセットした鋼板に対する研削を、フィードバック制御を行った場合では、一定幅かつ一定深さで研削できたのに対して、フィードバック制御を行わなかった場合では、斜面上部へ研削するにつれ研削幅が広がり、研削深さが大きくなり、研削深さ制御ができていないことを確認した。

押付け力調節のための上下スライド４の動きを除いた、ハンドグラインダー５の全体的な研削軌跡は、多関節ロボット２の動作により形成する。図２は、多関節ロボットの動作による研削軌跡の一例を示す図である。直線的な単純動作とウェービング動作の例を示したものであり、（ａ）および（ｂ）に、鋼板側面および平面でのそれぞれの研削の様子、ならびに（ｃ）に、それぞれの研削後を撮像した一例を示している。

図１では、簡単のため、水平面に設置した状態における切り板の研削の様子を示しているが、垂直面また逆さ状態での設置した状態でも研削可能である。このため、連続ラインでの本発明の適用が可能である。

さらに、本発明では、研削前後における鋼板表面の欠陥を検出するために、カメラ３を設置している。図１では、多関節ロボット２の腕にカメラ３を設置し、鋼板１の表面を上手く撮像できる位置に多関節ロボット２を研削前後で動かすようにしているが、多関節ロボット２の腕に設置するのでなく、鋼板１の表面撮像ができる所定の位置にカメラ３を固定するようにしても良い。

カメラ３で撮像した画像を画像処理装置６で画像処理して、表面欠陥を検出する。図３は、撮像した画像および画像処理の一例を示す図である。カメラ３としてＣＣＤカメラを利用し、撮像した被写体サンプル画像を（ａ）に、そして、この画像を２値化処理し欠陥部を検出したＣＣＤカメラセンシング画像を（ｂ）に、さらに、この結果に基づきウェービング動作にて研削した後の画像を（ｃ）に、それぞれ示す。（ｂ）で検出された欠陥部が、研削で除去できていることが確認できる（（ｃ）参照）。

制御装置７は、図１に示す他の装置すべての制御・判断に関わる。なお、機能ごとに、個別の制御装置に分けるように構成しても良い。

図４は、本発明に係る鋼板表面欠陥研削方法の処理手順例を示す図である。先ず、Step01にて、カメラで鋼板表面の撮影を行う。そして、撮影した画像に画像処理を施し、欠陥を検出する（Step02）。なお、欠陥検出手段として、本明細書では前述のようにカメラを用いたものを記載しているものの、欠陥検出（位置特定を含めて）が出来るものであれば、磁気、超音波などを用いたものでもよい。

欠陥の検出を受けて、Step03で研削条件の設定を行う。制御装置は、研削範囲、研削深さ、研削動作といった研削条件を決めて、この研削条件に基づいて多関節ロボット、上下スライド、およびハンドグラインダーを制御し、研削作業を実行する（Step04）。

研削後は、欠陥部が除去できているかどうか確認をするため、再度カメラで鋼板表面の撮影を行う（Step05）。そして、研削前と同様の画像処理を施し、欠陥が検出されるかどうか判断する。ここで、欠陥が検出されて再研削が必要と判断した場合は、Step03に戻って再研削を行う。欠陥が検出されず再研削が必要でないと判断した場合は、処理を終了する（Step06）。

以上説明した本発明により、従来手法に比べ、局所的に一定深さで研削でき過剰研削や研削不足がない最適な研削を行うことができる。また、設備設置においては、省スペースで、かつ垂直通板部に設置すれば、鋼板表裏両面で研削が可能といった具合に設置場所の自由度が大きい。

以下に、図１に示した装置構成で酸銑以降の鋼板に対して行った実施例について、以下に述べる。表１は、酸銑以降の鋼板に対して深さが異なる表面欠陥研削を実施した結果である。

従来（ブラシ）はブラシロールを利用した一方向研削を、本発明は多方向研削を実施した際の比較であり、欠陥深さ小(10μm)と欠陥深さ大(100μm)の欠陥深さが異なる表面欠陥を設けた鋼板を研削対象とした。その結果、本発明は多関節ロボットの特徴である多方向研削の効果により、欠陥深さが大きい場合でも品質に問題なく研削可能であることを確認した。しかしながら、従来（ブラシ）では、欠陥深さ10μmの表面欠陥は品質に問題なく研削できたものの、欠陥深さ100μmの表面欠陥については、研削後に研削痕が残ってしまった。

表２は、本発明においてFB制御を行った場合と行わなかった場合の結果を示す。研削対象の鋼板は、鋼板反りがあるものとないもの2種類であり、それぞれ表面に幅10mm深さ70μmの欠陥部を有しており、それらを均一に研削したか否かを調べた。その結果、FB制御を行った場合の方が、対象の鋼板に反りがあったとしても均一研削ができていることが分った。

１ 鋼板
２ 多関節ロボット
３ カメラ
４ 上下スライド
５ ハンドグラインダー
６ 画像処理装置
７ 制御装置

Claims (6)

1. 鋼板表面の欠陥を検出し、かつ検出した欠陥の研削後に残る残存欠陥を検出する欠陥検出手段と、
   前記欠陥または前記残存欠陥を研削する研削手段と、
   該研削手段を先端に設置し、３次元空間の移動機能を有する多関節ロボットと、
   前記欠陥検出手段で検出した欠陥に基づいて、研削範囲、研削深さ、研削動作といった研削条件を設定し、前記欠陥検出手段および前記研削手段との送受信、ならびに前記多関節ロボットの動作を制御する制御装置と、
   を具備することを特徴とする鋼板表面欠陥研削装置。
2. 請求項１に記載の鋼板表面欠陥研削装置において、
   前記欠陥検出手段は、
   カメラとカメラで撮影した鋼板表面の画像を処理し欠陥を検出する画像処理装置とを具備し、
   前記研削手段は、
   ハンドグラインダーとハンドグラインダーの鋼板表面への押付け力を調節する上下スライドとを具備することを特徴とする鋼板表面欠陥研削装置。
3. 請求項２に記載の鋼板表面欠陥研削装置において、
   前記制御装置は、
   ハンドグラインダーの研削電流を一定に制御するように、前記上下スライドの上下位置を操作するフィードバック制御を行うことを特徴とする鋼板表面欠陥研削装置。
4. 鋼板表面の欠陥を検出する欠陥検出ステップと、
   欠陥検出を受けて、研削範囲、研削深さ、研削動作といった研削条件を設定する研削条件設定ステップと、
   設定した研削条件に基づいて、多関節ロボットの先端に設置した研削手段によって研削作業を実行する研削作業ステップと、
   研削後に残る残存欠陥を検出する欠陥再検出ステップと、
   再研削が必要かどうかを判断する再研削判断ステップと、
   を有することを特徴とする鋼板表面欠陥研削方法。
5. 請求項４に記載の鋼板表面欠陥研削方法において、
   前記欠陥検出ステップおよび欠陥再検出ステップでは、
   カメラとカメラで撮影した鋼板表面の画像を処理し欠陥を検出し、
   前記研削作業ステップでは、
   ハンドグラインダーとハンドグラインダーの鋼板表面への押付けを調節する上下スライドとからなる研削手段によって研削作業を実行することを特徴とする鋼板表面欠陥研削方法。
6. 請求項５に記載の鋼板表面欠陥研削方法において、
   前記研削作業ステップでは、
   ハンドグラインダーの研削電流を一定に制御するように、前記上下スライドの上下位置を操作するフィードバック制御を行うことを特徴とする鋼板表面欠陥研削方法。