IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ JFEスチール株式会社の特許一覧

特開2022-25347金属板の研削装置および研削方法、ならびに金属板の製造方法
<>
  • 特開-金属板の研削装置および研削方法、ならびに金属板の製造方法 図1
  • 特開-金属板の研削装置および研削方法、ならびに金属板の製造方法 図2
  • 特開-金属板の研削装置および研削方法、ならびに金属板の製造方法 図3
  • 特開-金属板の研削装置および研削方法、ならびに金属板の製造方法 図4
  • 特開-金属板の研削装置および研削方法、ならびに金属板の製造方法 図5
  • 特開-金属板の研削装置および研削方法、ならびに金属板の製造方法 図6
  • 特開-金属板の研削装置および研削方法、ならびに金属板の製造方法 図7
  • 特開-金属板の研削装置および研削方法、ならびに金属板の製造方法 図8
< >
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022025347
(43)【公開日】2022-02-10
(54)【発明の名称】金属板の研削装置および研削方法、ならびに金属板の製造方法
(51)【国際特許分類】
   B24B 27/00 20060101AFI20220203BHJP
   B24B 49/10 20060101ALI20220203BHJP
   B24B 27/033 20060101ALI20220203BHJP
   G01S 5/14 20060101ALI20220203BHJP
【FI】
B24B27/00 L
B24B49/10
B24B27/033 Z
G01S5/14
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2020128119
(22)【出願日】2020-07-29
(71)【出願人】
【識別番号】000001258
【氏名又は名称】JFEスチール株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100099944
【弁理士】
【氏名又は名称】高山 宏志
(72)【発明者】
【氏名】枡田 健太
(72)【発明者】
【氏名】佐々木 成人
【テーマコード(参考)】
3C034
3C158
5J062
【Fターム(参考)】
3C034AA13
3C034BB92
3C034CA13
3C034CA30
3C034CB20
3C034DD20
3C158AA05
3C158AA09
3C158AA11
3C158AC02
3C158BA07
3C158BB09
3C158BC02
3C158CA01
3C158CB01
3C158CB03
3C158CB10
5J062AA08
(57)【要約】
【課題】金属板の表面を短時間で研削することができ、しかも研削後の表面粗度を小さくすることができる金属板の研削装置および研削方法、ならびに金属板の製造方法を提供する。
【解決手段】研削装置は、金属板10を研削する研削面を有する研削部材22を備える研削装置本体と、金属板10の表面上で研削装置本体を走行させる走行用駆動機構と、金属板10の表面を研削するために、研削部材22を回転させながら研削面を金属板10の表面に接触させる研削用駆動機構23とを有し、研削部材22の研削面は、番手の異なる複数種類の研磨布紙51a,51bによって構成される。
【選択図】図5
【特許請求の範囲】
【請求項1】
金属板の表面を研削する金属板の研削装置であって、
金属板を研削する研削面を有する研削部材を備える研削装置本体と、
前記金属板の表面上で前記研削装置本体を走行させる走行用駆動機構と、
前記金属板の表面を研削するために、前記研削部材を回転させながら前記研削面を前記金属板の表面に接触させる研削用駆動機構と、
を有し、
前記研削部材の前記研削面は、番手の異なる複数種類の研磨片によって構成されることを特徴とする金属板の研削装置。
【請求項2】
前記金属板の表面の狙い面粗度を達成することができる番手を#N1とした場合に、前記研削部材の前記研削面は、番手が#N1以上の複数種類の前記研磨片によって構成されていることを特徴とする請求項1に記載の金属板の研削装置。
【請求項3】
前記研削部材は、前記金属板の表面と垂直な方向に配置された円盤形状の複数の前記研磨片を、前記金属板の表面と平行な方向に並べて一体化することにより構成されており、外周面が前記研削面となることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の金属板の研削装置。
【請求項4】
前記研削部材は、複数種類の前記研磨片を交互、または所定の枚数ごとに並べることによって構成されることを特徴とする請求項3に記載の金属板の研削装置。
【請求項5】
前記金属板の表面の許容面粗度を達成することができる番手の最小値を#N2、最大値を#N3とした場合に、複数種類の前記研磨片は、番手が#N2以上#N3未満であることを特徴とする請求項3または請求項4に記載の金属板の研削装置。
【請求項6】
位置測定手段である測位システムにより前記研削部材の自己位置測定が行われ、前記自己位置測定に基づいて前記走行駆動機構により前記研削装置本体を前記金属板の表面上で走行させ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金属板の研削装置。
【請求項7】
金属板の表面を研削する金属板の研削方法であって、
番手の異なる複数種類の研磨片によって研削面が構成された研削部材を備える研削装置本体を、走行用駆動機構によって金属板の表面上で走行させ、
研削用駆動機構によって前記研削部材を回転させながら前記研削部材の研削面を前記金属板の表面に接触させることにより、前記金属板の表面を研削することを特徴とする金属板の研削方法。
【請求項8】
前記金属板の表面の狙い面粗度を達成することができる番手を#N1とした場合に、前記研削部材の前記研削面は、番手が#N1以上の複数種類の前記研磨片によって構成されていることを特徴とする請求項7に記載の金属板の研削方法。
【請求項9】
前記研削部材は、前記金属板の表面と垂直な方向に配置された円盤形状の複数の前記研磨片を、前記金属板の表面と平行な方向に並べて一体化することにより構成されており、外周面が前記研削面となることを特徴とする請求項7または請求項8に記載の金属板の研削方法。
【請求項10】
前記研削部材は、複数種類の前記研磨片を交互、または所定の枚数ごとに並べることによって構成されることを特徴とする請求項9に記載の金属板の研削方法。
【請求項11】
前記金属板の表面の許容面粗度を達成することができる番手の最小値を#N2、最大値を#N3とした場合に、複数種類の前記研磨片は、番手が#N2以上#N3未満であることを特徴とする請求項9または請求項10に記載の金属板の研削方法。
【請求項12】
請求項7から請求項11のいずれか一項に記載の金属板の研削方法を用いて金属板の表面の手入れを行うことを特徴とする金属板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、金属板の表面を研削して表面に存在する疵の手入れ等を行う金属板の研削装置および研削方法、ならびに金属板の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
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行う金属板の研削装置として、種々のものが提案されている。
【0003】
例えば、特許文献1には、研磨材(砥粒)を付着させた円盤状の研磨布紙(不織物)を、複数枚積層圧着することによって構成された研削部材(研磨ホイール)が開示されている。また、特許文献2には、屋内位置測定システムによっ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複雑な作業をともなうことなく高精度で手入れすることができる研削装置(自走式疵取り装置)が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】実開平4-29361号公報
【特許文献2】特開2018-75707号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、特許文献1に開示されている研削部材においては、研磨片としての複数枚の研磨布紙(不織物)がいずれも同じ種類の研磨布紙(不織物)とされている。また、特許文献2に開示された研削装置(自走式疵取り装置)では、研磨工具が1つの砥石によって構成されている。このため、いずれも研磨工具の研磨面の表面粗さを調整することができず、例えば、研磨面の表面粗度を小さくするために番手(粒度)が大きい(砥粒の径が小さい)研磨布紙または砥石を用いた場合には、加工量が小さくなるために作業効率が低くなってしまう。
【0006】
したがって、本発明は、金属板の表面を短時間で研削することができ、しかも研削後の表面粗度を小さくすることができる金属板の研削装置および研削方法、ならびに金属板の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記の課題を解決するため、以下の(1)~(12)の手段を提供する。
【0008】
(1)金属板の表面を研削する金属板の研削装置であって、
金属板を研削する研削面を有する研削部材を備える研削装置本体と、
前記金属板の表面上で前記研削装置本体を走行させる走行用駆動機構と、
前記金属板の表面を研削するために、前記研削部材を回転させながら前記研削面を前記金属板の表面に接触させる研削用駆動機構と、
を有し、
前記研削部材の前記研削面は、番手の異なる複数種類の研磨片によって構成されることを特徴とする金属板の研削装置。
【0009】
(2)前記金属板の表面の狙い面粗度を達成することができる番手を#N1とした場合に、前記研削部材の前記研削面は、番手が#N1以上の複数種類の前記研磨片によって構成されていることを特徴とする(1)に記載の金属板の研削装置。
【0010】
(3)前記研削部材は、前記金属板の表面と垂直な方向に配置された円盤形状の複数の前記研磨片を、前記金属板の表面と平行な方向に並べて一体化することにより構成されており、外周面が前記研削面となることを特徴とする(1)または(2)に記載の金属板の研削装置。
【0011】
(4)前記研削部材は、複数種類の前記研磨片を交互、または所定の枚数ごとに並べることによって構成されることを特徴とする(3)に記載の金属板の研削装置。
【0012】
(5)前記金属板の表面の許容面粗度を達成することができる番手の最小値を#N2、最大値を#N3とした場合に、複数種類の前記研磨片は、番手が#N2以上#N3未満であることを特徴とする(3)または(4)に記載の金属板の研削装置。
【0013】
(6)位置測定手段である測位システムにより前記研削部材の自己位置測定が行われ、前記自己位置測定に基づいて前記走行駆動機構により前記研削装置本体を前記金属板の表面上で走行させることを特徴とする(1)から(5)のいずれかに記載の金属板の研削装置。
【0014】
(7)金属板の表面を研削する金属板の研削方法であって、
番手の異なる複数種類の研磨片によって研削面が構成された研削部材を備える研削装置本体を、走行用駆動機構によって金属板の表面上で走行させ、
研削用駆動機構によって前記研削部材を回転させながら前記研削部材の研削面を前記金属板の表面に接触させることにより、前記金属板の表面を研削することを特徴とする金属板の研削方法。
【0015】
(8)前記金属板の表面の狙い面粗度を達成することができる番手を#N1とした場合に、前記研削部材の前記研削面は、番手が#N1以上の複数種類の前記研磨片によって構成されていることを特徴とする(7)に記載の金属板の研削方法。
【0016】
(9)前記研削部材は、前記金属板の表面と垂直な方向に配置された円盤形状の複数の前記研磨片を、前記金属板の表面と平行な方向に並べて一体化することにより構成されており、外周面が前記研削面となることを特徴とする(7)または(8)に記載の金属板の研削方法。
【0017】
(10)前記研削部材は、複数種類の前記研磨片を交互、または所定の枚数ごとに並べることによって構成されることを特徴とする(9)に記載の金属板の研削方法。
【0018】
(11)前記金属板の表面の許容面粗度を達成することができる番手の最小値を#N2、最大値を#N3とした場合に、複数種類の前記研磨片は、番手が#N2以上#N3未満であることを特徴とする(9)または(10)に記載の金属板の研削方法。
【0019】
(12)上記(7)から(11)のいずれかに記載の金属板の研削方法を用いて金属板の表面の手入れを行うことを特徴とする金属板の製造方法。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、研削対象である金属板を研削する研削部材の研削面が番手の異なる複数種類の研磨片によって構成されているので、番手の小さい研磨片により、切り込み深さが深くなり効率を下げることなく狙い深さまで研削ができる一方で、先に番手の小さい研磨片が破砕され径が縮減し、残った番手の大きい研磨片で仕上げ研削されることで結果的な表面粗さは番手の小さい研磨片だけを用いる方式よりも小さくなる。これにより、番手の小さい研磨片で高効率に研削し、番手の大きい研磨片で表面粗度を小さく研削することができ、荒研削と仕上げ研削それぞれの研削工具を設けることなく、かつ、設備の複雑化を招くことなく、高効率でかつ表面粗度も許容上限値未満で金属板を研削することが可能となる。また、これにより、高品質の金属板を製造することが可能となる。
【0021】
なお、本発明において、研削面が番手の異なる複数種類の研磨片によって構成される研削部材は、自走式の研削装置に特に有用である。すなわち、門型研削装置等の大型の研削装置では、荒研削用の研削部材と仕上げ研削用の研削部材を各々設けることが比較的容易であるのに対し、本発明のような位置測定手段からの情報に基づいて研削機本体を自走させる自走式研削装置は、小型であるため、研削部材を複数設けることが難しいからである。
【図面の簡単な説明】
【0022】
図1】本発明の一実施形態に係る金属板用研削装置を含む研削システムの一例を示す斜視図である。
図2】本発明の一実施形態に係る研削装置を示すブロック図である。
図3】本発明の一実施形態に係る研削装置を示す側面図である。
図4】本発明の一実施形態に係る研削装置を示す上面図である。
図5】本発明の一実施形態に係る研削装置の具体的な構成の一例を示す図である。
図6】本発明の一実施形態に係る研削装置の具体的な構成の他の例を示す図である。
図7】本発明の一実施形態に係る研削装置の具体的な構成のさらに他の例を示す図である。
図8】本発明の一実施形態に係る研削装置の具体的な構成のさらにまた他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
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。
【0024】
<研削システム>
最初に本発明の一実施形態に係る金属板用研削装置を含む研削システムについて説明する。
図1は本発明の一実施形態に係る金属板用研削装置を含む研削システムの一例を示す斜視図である。
【0025】
図1に示すように、研削システム100は、位置測定手段としての屋内位置測定システム200と、金属板用研削装置300(以下、単に研削装置300と記す)とを有する。
【0026】
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。
【0027】
研削装置300は、金属板10上を自走(走行)して金属板10を研削し、金属板10の表面の微小な疵(欠陥)を除去(疵取り)する金属板用自走式手入れ装置として構成される(特に金属板の表面の微小な欠陥を研削除去するのに好適であるがこれに限定しない)。研削装置300は、研削対象である金属板10を研削する研削面を有する研削部材を備える研削装置本体と、金属板10上で研削装置本体を走行させる台車14を含む走行用駆動機構と、金属板10の表面を研削するために研削部材を回転させながら研削面を金属板10の表面に接触させる研削用駆動機構とを有する。走行用駆動機構および研削用駆動機構は、それぞれを制御する制御部を有しており、これらの制御部が研削装置300の制御系を構成する。研削装置300の制御系は上記ホストコンピュータ13の一部も含む。なお、研削装置300の詳細な構成は後述する。
【0028】
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。
【0029】
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、航法用送信機11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、これを受信する航法用受信機12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。複数の航法用送信機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の位置情報を得ることができる。
【0030】
<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。
【0031】
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を示す上面図である。
【0032】
本実施形態において、研削装置300は、金属板10を研削する研削面を有する研削部材22を備える研削装置本体30と、金属板10の表面上で研削装置本体30を走行させる台車14を含む走行用駆動機構と、金属板10の表面を研削するために研削部材22を回転させながらその研削面を金属板10の表面に接触させる研削用駆動機構とを有する。
【0033】
走行用駆動機構は、検査装置300の基部を構成する台車14と、制御部とを有する。台車14は、フレーム14aと、走行用の車輪20と、車輪20を駆動および旋回させるためのモータ21とを有し、制御部はモータ21を制御する。
【0034】
研削装置本体30は、研削部材22と、研削部材22を回転可能に支持する支持部材等の研削部材22に付帯する設備とを有する。
【0035】
研削用駆動機構は、昇降アクチュエータ16、走査アクチュエータ15、回転機構23、および、これらを制御する制御部を有する。昇降アクチュエータ16は、研削部材22を昇降させ、研削部材22を金属板10へ所与の押付荷重で垂直に押付ける。走査アクチュエータ15は、研削部材22を昇降アクチュエータ16とともに所定の目標位置に金属板10の表面と平行に直線移動させる。回転機構23は研削部材22を回転させる。
【0036】
走行用駆動機構の制御部と、研削用駆動機構の制御部とは、共通の制御系を構成する。制御系は、搭載コンピュータ18と駆動制御部19とを有する他、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し、ホストコンピュータ13と搭載コンピュータ18との間の信号の授受を行うI/Oボード17も制御系に含まれる。
【0037】
図2に示すように、ホストコンピュータ13は、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、経路情報を設定する設定ソフトウェア32とを有する。設定ソフトウェア32は、現在位置演算用ソフトウェア31から現在位置、姿勢、時間情報、および搭載コンピュータ18からの検査データ、研削位置情報、時間情報を受け取り、目標研削位置、経路情報を搭載コンピュータ18に送信する。搭載コンピュータ18は、ホストコンピュータ13の現在位置演算用ソフトウェア31で演算された現在位置、姿勢、および設定ソフトウェア32からの目標研削位置、経路情報を受け取り、駆動制御部19に目標位置と現在検査位置の偏差を送信するとともに、駆動制御部19の制御パラメータを自動調整する。駆動制御部19は、搭載コンピュータ18からの情報を受け取り、走査アクチュエータ15、昇降アクチュエータ16、回転機構23、およびモータ21を制御する。昇降アクチュエータ16の制御は、押し付け荷重を制御することにより行われる。
【0038】
なお、制御系は、ホストコンピュータ13を用いずに、搭載コンピュータ18のみで構成してもよい。
【0039】
図3図4に示すように、研削装置300の走行用駆動機構を構成する台車14においては、車輪20はフレーム14aの一方の端部近傍に設けられている。そして、フレーム14a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。また、研削装置300は、枠部材41と、固定部42とをさらに有している。
【0040】
枠部材41は、台車14の他方の端部に取り付けられ、台車14の長手方向に直交する方向に延在し、研削部材22をガイドする。研削部材22は、支持部材等を介して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により枠部材41に沿って移動される。
【0041】
固定部42は、車輪20と枠部材41との間の部分に設けられ、研削装置300の台車14および研削装置本体30を金属板10に固定する。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。
【0042】
搭載コンピュータ18は、台車14のフレーム14aの車輪20側端部に載置されており、駆動制御部19と一体となっている。
【0043】
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(研削)を行う機能の2つの機能を有する。
【0044】
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検査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において目標検査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。
【0045】
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材22、研削部材22を走査させる走査アクチュエータ15、研削部材22を昇降させる昇降アクチュエータ16、回転機構23、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からの目標疵取り位置と台車現在位置情報より、研削部材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、研削部材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疵取り位置情報として演算される。疵取りデータはI/Oボード17を介して搭載コンピュータ18に取り込み、疵取り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。研削部材22が所定の位置に位置された状態で、回転機構23により研削部材22を回転させる。
【0046】
<研削部材>
次に、研削部材22の具体的な構成について説明する。
研削部材22は、研削面を有し、回転機構23で回転された状態で研削面が金属板10の表面に接触されることにより、金属板10の表面を研削する。研削部材22の研削面は、番手(粒度)が異なる複数種類の研磨布紙(研磨片の一例)によって構成される。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。研磨材を構成する砥粒としては、Z砥粒(ジルコニア系)、A砥粒(アルミナ系)、C砥粒(炭化ケイ素系)等が挙げられる。なお、研磨布紙の番手(粒度)は、数字が大きいほど粗さ(砥粒の径)が小さくなり、数字が小さいほど粗さ(砥粒の径)が大きくなる。具体的な研磨布紙用研磨材の粒度は、JIS R 6010:2000にて規定されている。
【0047】
研削部材22の研削面は、金属板の表面の狙い面粗度を達成することができる番手(粒度)を#N1とした場合に、番手が#N1以上の複数種類の研磨布紙で構成することができる。
【0048】
研削部材22は、金属板10の表面と垂直な方向に配置された円盤形状の複数の研磨布紙を、金属板10の表面と平行な方向に対して積層して(並べて)一体化することにより構成されたものとすることができる。この場合に、研削部材22は、複数種類の研磨布紙を交互、または所定の枚数ごとに積層させることによって構成することができ、また、金属板10の表面の許容粗度を達成することができる研磨布紙の番手(粒度)の最小値を#N2、最大値を#N3とした場合に、複数種類の研磨布紙の番手(粒度)を#N2以上#N3未満とすることができる。
【0049】
図5は研削部材22の具体的な構成の一例を示す正面図である。本例では、研削部材22は、金属板10の表面と垂直な方向に配置された円盤形状の複数の研磨布紙を、金属板10の表面と平行な方向に積層して(並べて)一体化することにより構成された積層ディスクホイールとして構成されおり、互いに番手(粒度)が異なる第1の研磨布紙51aおよび第2の研磨布紙51aが交互に積層されている。研削部材22は、その外周面が研削面となっている。
【0050】
研削部材22の両側はフランジ52で固定されている。また、研削部材22は、回転軸54を介してフランジ52の両側に設けられた支持部材53に回転可能に取り付けられている。研削部材22は、研削用駆動部を構成する回転機構23により回転され、その研削面により金属板10の表面が研削される。なお、フランジ52、支持部材53、回転軸54は、研削部材22とともに研削装置本体30を構成する。
【0051】
研削部材22は、一例として、1.25mm程度の厚さの研磨布紙を、全体の層数が50~150層(50~150枚)程度になるように積層されて構成される。また、第1の研磨布紙51aとして番手(粒度)の大きいもの、第2の研磨布紙51bとして番手(粒度)が小さいものが用いられ、最外側が番手(粒度)の大きい第1の研磨布紙51aとされる。第1の研磨布紙51aおよび第2の研磨布紙51bは、金属板10の表面の狙い面粗度を達成することができる#N1以上の番手であることが好ましく、金属板の表面の許容面粗度を達成することができる番手の最小値である#N2以上、かつ最大値である#N3未満であることが好ましい。一例として、第1の研磨布紙51aの番手が#60、第2の研磨布紙51bの番手が#36とされる。
【0052】
研磨布紙の端面は、図5に示すように波状となっていることが好ましい。研磨布紙の端面を波状とすることで、直線状の場合と比較して、金属板10の表面にムラ(すなわち番手の小さい研磨布紙で研磨した箇所と大きい布紙で研磨した箇所の差)ができにくい。なお、研削部材22を移動させながら金属板10の表面を研削する場合には、研磨布紙の端面が直線状でも構わない。
【0053】
図6は研削部材22の具体的な構成の他の例を示す側面図である。
図6の例は、研削部材22がフラップディスクとして構成されており、金属板10と平行に設けられた支持ディスク61の下面に、第1の研磨布紙51aおよび第2の研磨布紙51bが交互にかつ斜めに支持され、支持ディスク61の上面中心に垂直に回転軸62が設けられている。第1の研磨布紙51aおよび第2の研磨布紙51bの下面が研削面となっており、研削面を金属板10の表面に押し付けた状態で回転機構により回転軸62を介して研削部材22を回転させることにより、金属板10の表面が研削される。
【0054】
図7は研削部材22の具体的な構成のさらに他の例を示す側面図および底面図である。
図7の例も研削部材22がフラップディスクとして構成されており、金属板10と平行に設けられた支持ディスク61の下面に支持されている。本例では、研削部材22は、第1の研磨布紙51aおよび第2の研磨布紙51bが同心状に形成された構成となっている。本例においても図6の例と同様、第1の研磨布紙51aおよび第2の研磨布紙51bの下面が研削面となっており、研削面を金属板10の表面に押し付けた状態で回転機構により回転軸62を介して研削部材22を回転させることにより、金属板10の表面が研削される。図7では、第1の研磨布紙51aおよび第2の研磨布紙51bは円状に描かれているが、金属板10の表面にムラができにくくなるように、波状になっていることが好ましい。
【0055】
図8は研削部材22の具体的な構成のさらにまた他の例を示す側面図である。
図8の例では研削部材22がフラップホイールとして構成されており、金属板10の表面と平行に設けられた回転軸71に第1の研磨布紙51aおよび第2の研磨布紙51bが交互にかつ放射状に支持されている。第1の研磨布紙51aおよび第2の研磨布紙51bの先端が研削面となっている。研削面は円状となっており、研削面を金属板10の表面に押し付けた状態で回転機構により回転軸71を介して研削部材22を回転させることにより、金属板10の表面が研削される。
【0056】
<研削装置の動作>
次に、研削装置300の動作について説明する。
【0057】
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上の目標経路に沿って自走させ、疵取りのための研削を行う。
【0058】
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により研削部材22を目標疵取り位置に設定する。次いで、昇降アクチュエータ16を下降させて研削部材22の研削面を金属板10の表面に接触させる。この状態で、回転機構23により研削部材22を回転させることにより金属板10を研削し、疵を除去する。この際に、走査アクチュエータ15により研削部材22を金属板10表面に沿った一軸方向に走査させてもよい。
【0059】
本実施形態においては、研削部材22の研削面は、番手(粒度)が異なる複数種類の研磨布紙、例えば図5に示すように、番手(粒度)が大きい(例えば#60)の第1の研磨布紙51aおよび番手(粒度)が小さい(例えば#36)の第2の研磨布紙51bで構成されているので、荒研削と仕上げ研削それぞれの研削工具を設けることなく金属板を研削することが可能となる。
【0060】
この理由は以下の通りである。
研削開始時には、番手の小さい例えば#36の第2の研磨布紙51bによって金属表面が高効率に研削されるが、金属表面を研削していくと、番手の小さい第2の研磨布紙51bの研磨材が破砕されて研磨布紙の径が縮減する。その後、研磨材が破砕されていない番手の大きい例えば#60の第1の研磨布紙51aで金属表面が仕上げ研削される。これにより、荒研削と仕上げ研削それぞれの研削工具を設けることなく一つの研削部材22で研削することができる。このため、設備の複雑化を招くことがない。また、番手が小さい第2の研磨布紙51bと番手が大きい第1の研磨布紙51aで研削することにより、高効率でかつ表面粗度も許容上限値未満で金属板10を研削することが可能となる。また、これにより、高品質の金属板10を製造することが可能となる。
【0061】
このような研削を実現するためには、金属板の表面の狙い面粗度を達成することができる番手(粒度)を#N1とした場合に、番手が#N1以上の複数種類の研磨布紙で研削部材22の研削面を構成することが好ましい。また、研削部材22を、複数種類の研磨布紙を交互、または所定の枚数ごとに積層させることによって構成することが好ましい。この場合に、金属板10の表面の許容粗度を達成することができる研磨布紙の番手(粒度)の最小値を#N2、最大値を#N3とした場合に、複数種類の研磨布紙の番手(粒度)を#N2以上#N3未満とすることが好ましい。
【0062】
また、本実施形態において、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、装置全体を小型化することができる。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10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10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。
【実施例0063】
図1に示す研削システムを用いてワーク(金属板)として鋼板(SS400)を用い、ワーク表面の研削実験を実施した。研削装置の構成については図2~4に示すものを用いた。研削部材(研削工具)としては、#36の番手の研磨布紙と#60の番手の研磨布紙を交互に積層して構成された実施例のものと、#36、#48もしくは#60の番手の研磨布紙それぞれ1種類のみを積層して構成された比較例(比較例1~3)のものを用いた。研削実験は、実施例および比較例1~3のいずれも、表1に示す条件にて行い、表1に示すワークの研削エリアを遍く研削深さ300μmまで研削し除去する時間(研削加工時間)と、研削後の表面粗度とを計測した。具体的には、研削前と研削後のワークの同一箇所の板厚を超音波厚み計により測定し、その差分D(μm)の値(研削深さ)が所与の値(300μm)となるまで複数回数研削を繰り返し、研削加工時間と研削後の表面粗度を計測した。研削加工時間と表面粗度は、それぞれの研削部材(実施例、比較例1~3)について5回ワークを変えて研削を行った際の平均値で算出した。その結果を表2に示す。
【0064】
表2に示すように、研削部材として単一の番手の研磨布紙を積層した比較例1~3では研削加工時間および表面粗度のいずれかが不十分であった。すなわち、研削部材(工具)として#36の番手の研磨布紙を用いた比較例1では、研削加工時間が20分と短かったが表面粗度Raは2.20μmと大きな値となった。また、研削部材(工具)として#60の番手の研磨布紙を用いた比較例2では、表面粗度Raが0.30μmと良好な値となったが、研削加工時間が69分と長くなった。研削部材(工具)としてこれらの中間の番手である#48の研磨布紙を用いた比較例3では、研削加工時間が53分、表面粗度Raが1.31μmと比較例1と比較例2の中間的な値となったが不十分であった。これに対し、異なる番手の研磨布紙を積層したものを用いた実施例では研削加工時間が40分、表面粗度Raが0.37μmと研削加工時間および表面粗度が両立できることが確認された。
【0065】
次に、表2に示す実施例および比較例1~3の研削部材で、連続研削時間20時間にわたってそれぞれ研削し続けた際の、工具径の変化を測定した。その結果を表3に示す。
【0066】
表3に示すように、比較例1~3を比較すると、研磨布紙の番手が小さくなるほど、同一時間あたりの工具径の縮減が大きいことが確認された。すなわち、番手のより小さい研磨布紙を用いた研削部材は加工量が大きいため、表2で示されたように加工時間が短く加工効率がよく、また表3で示されたように同一時間あたりの工具径の縮減が大きい。したがって、番手の異なる研磨布紙を交互に積層させて構成される研削工具を用いて研削するとミクロ的には番手のより小さい研磨布紙が先に縮減し、次に番手のより大きい研磨布紙ばかりがワークと接触することで、あたかも荒研削の後に仕上げ研削を施したような表面粗度を持つ研削面が得られたと考えられる。
【0067】
以上のことから、本発明の範囲内である実施例では、荒研削と仕上げ研削それぞれの研削工具を設ける必要がないため、設備の複雑化、大型化を招くことなく、手入れ後の表面粗度の小さい高精度な金属板を加工時間が短く効率的に製造することができることが確認された。
【0068】
【表1】
【0069】
【表2】
【0070】
【表3】
【0071】
<他の適用>
なお、本発明は上記実施形態および実施例に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、本発明に係る金属板の研削装置を金属板の疵取りに用いたが、これに限るものではない。また、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、疵取り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、疵取り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。
【0072】
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。
【0073】
また、上記実施形態では、研削部材22の研削面を構成する研削片として、研磨布紙51a,51bを用いていたが、研磨片として砥石等の研磨布紙以外の部材を用いてもよい。ただし、研磨片として砥石を用いる場合は、目つぶれや目詰まりが発生し易く、目直しやドレッシングが必要となるため、上記実施形態のような自走式の研磨装置に用いられる場合には、研磨片として研磨布紙を用いることが好ましい。門型研削装置等の大型の研削装置では、ドレッシングのための付帯設備を設けることが比較的容易であるのに対し、自走式の研磨装置は小型であるため、ドレッシングのための付帯設備を設けることが難しいからである。なお、ドレッシングのための付帯設備を設けず、砥石の目つぶれや目詰まりが発生するたびにドレッシングを行う形態も考えられるが、研削作業にドレッシングという手介入が入ることから、ドレッシングから次のドレッシングまでの時間を「工具摩滅のため工具交換をするのと同等」と考え工具寿命と捉えると、工具寿命の観点からも研磨片として研磨布紙を用いることが好ましい。
【0074】
さらに、上記実施形態では、金属板の研削装置として自走式の研削装置を示したが、これに限るものではない。
【符号の説明】
【0075】
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
14a フレーム
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 研削部材
23 回転機構
30 研削装置本体
31 現在位置演算用ソフトウェア
32 設定ソフトウェア
41 枠部材
42 固定部
43 従動車輪
51a,51b 研磨布紙
52 フランジ
53 支持部材
54,62,71 回転軸
61 支持ディスク
100 研削システム
200 屋内位置測定システム
300 研削装置
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8