JPH07115286B2 - 溶接余盛の自動研削装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、単位時間当たりの研削量に応じて負荷電流が
増減する定速回転電動グラインダを用いて溶接余盛を除
去する自動研削装置に関する。

［従来の技術］ 溶接継手の疲労強度を向上したり、溶接部の非破壊試験
を容易にしたり、あるいは単に表面の凹凸を無くす目的
などのために、溶接の余盛を研削除去することが行われ
ている。また、ガス切断した溶接開先面を研削仕上げし
たり、鋳造品や鋳造品の表面を研削仕上げすることも一
般に行われている。

溶接の余盛は第10図のように母材表面50より余分に盛ら
れた溶接ビード51をいい、これをほぼ母材表面と平坦に
なるまで研削除去する作業において、従来の手作業を機
械化するために第８図のような装置を使用することが試
みられた。

この装置は、母材表面に沿って溶接線方向に移動する走
行台車60、該走行台車上に取付けられた昇降機構61、該
昇降機構に固定具62を介して固定されたグラインダ63、
該グラインダに装着された研削砥石64から構成され、走
行台車はモータで駆動されるが、昇降機構は手動で調整
するものである。第９図は昇降機構の概略を示したもの
で、ねじ機構66で上下に移動するブロック67に前記固定
具62が取付けられているから、ノブ68を手で左右にまわ
すとブロック67、固定具62を介してグラインダ63が上下
に移動し、その結果研削砥石64が余盛51を研削する量を
調整することができる。

［発明が解決しようとする課題］ ここで使用する砥石としては、第11〜12図のようにアル
ミニウム合金製などの円形基板64a上に多数の研磨布片6
4bを放射状に積層したものが盛んに用いられている。

この種砥石64は、研削に伴う研磨布64bの消耗によって
研削面が更新されるので、従来のオフセット砥石などに
くらべて単位時間当りの研削除去量が格段に大きく、作
業能率が良い。しかし、必然的に砥石の消耗が速いので
第８図の装置では常に作業者が砥石の消耗に合わせて、
グラインダ63を母材表面50へ下降させてやらなければな
らない。

このような手間を省くために、ばねや空圧、液圧装置を
用いて砥石を常に一定圧力で余盛に押し付ける方法が考
えられるが、第13図のように、母材表面に盛られた溶接
余盛がゆるやかに凹凸して余盛の量が不均一である場合
は研削後も残量ｈが残るので、母材表面に沿って平坦に
仕上げるという目的が達せられないばかりか、余盛の量
が少ない個所51aでは母材にまで砥石が喰い込み研削除
去してしまう危険がある。また、溶接余盛は、鋼板の酸
化スケール等とは異なり、溶接ビードの継ぎ目等で局所
的な突起を有することがあり、研削走行中、高速回転し
ている研削砥石が突起に衝突して万一破損すると破片が
飛散して甚だ危険である。

本発明は、母材表面に甚だしい変形がない限り、母材に
盛られた溶接余盛に起伏があっても研削砥石の消耗に追
従して余盛残量が一定になるよう研削しうる自動研削装
置を提供することを目的とし、さらにグラインダの負荷
電流が限界値に達したとき、研削砥石を待避上昇させ、
グラインダの回転と走行台車の走行を停止させて安全に
作業できる自動研削装置を提供することを目的としてい
る。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明は、回転抵抗が変動し
ても回転速度はほとんど変動しないように電子制御する
ことにより、回転抵抗の増大に伴いモータ電流が単調に
増大し続けるような特性を有するグラインダ、すなわち
単位時間当たりの研削量に応じて負荷電流が増減する定
速回転電動グラインダ、を用いて溶接余盛を除去するよ
うにした自動研削装置である。

この自動研削装置は、定速回転電動グラインダを搭載
し、かつ走行機構部、定速回転電動グラインダ昇降機構
部及び制御部を備えた走行台車と、走行方向に向かって
研削砥石の後方に当たる位置の走行台車に取付けられて
溶接余盛残量の高さを検出するセンサとからなり；前記
制御部は、センサ出力と溶接余盛残量設定値とを比較し
て、前記残量が一定になるように定速回転電動グライン
ダを昇降させる昇降機構制御回路と、前記電動グライン
ダの負荷電流を検出し電流設定値と一致するように走行
速度を加減して走行台車を駆動する走行機構制御回路
と、電動グラインダの負荷電流が限界値に達したとき、
昇降機構を上昇側に駆動して研削砥石を待避上昇させ、
電動グラインダの回転を停止させるとともに走行台車の
走行を停止させる過負荷防止回路とから構成されてい
る、ことを特徴とする。

［作用］ あらかじめ所定の余盛残量値に対応する基準を設定し、
該基準値とセンサに内蔵したポテンショメータよりの出
力とを比較して、その大小に応じて昇降機構を制御する
ようにしてあるので、昇降用のモータはポテンショメー
タの出力に応じて正転、停止、逆転して定速回転電動グ
ラインダを昇降または停止させ、その結果、研削後の余
盛残量は母材に対し、常に一定に保持される。

このように残量を一定保持する結果、電動グラインダの
負荷電流は母材に盛られた余盛の起伏（第14図参照）に
対応して変動するが、この負荷電流を検出して一定値に
なるよう走行機構部を制御するようにしてあるので、電
動グラインダの走行台車は余盛の起伏の状況に応じて適
宜増減速して効率よく運転される。

また、前記定速回転電動グラインダの負荷電流が限界値
をこえた場合は、過負荷防止回路が作動して昇降用モー
タ、走行用モータ、グラインダ用モータの作動を適宜停
止させ、不慮の事故を事前に防止する。

本発明では通常のオフセット砥石を使用してもなんら支
障はないが、目詰まりによる研削能力の低下を避けるた
め、第11〜12図に示す研削布積層型の研削砥石を使用し
た場合、特に効果が顕著である。

［実施例］ 以下、図面に基づく本発明を具体的に説明する。第１図
は本発明研削装置の概略を示す正面図、第２図は同じく
側面図である。

本発明装置の主要部分は、図に示すように、ガイドレー
ル１と、走行台車４と、走行機構部６と、昇降機構８
と、センサ10と、研削砥石17をもつ定速回転電動グライ
ンダ15とよりなる。研削砥石17はオフセット砥石または
研磨布積層型砥石が用いられる。

ガイドレール１は溶接線の側方に溶接線と平行に設けら
れたマグネット付き支持台２の上部に載置される。母材
が非磁性体の場合は真空吸着パッド付き支持台２が用い
られる。ガイドレール１の両側面には案内溝12を設け、
上面にはラック３を設けてある。走行台車４の下部にピ
ニオン20を突出させて、ガイドレール上に設けた前記ラ
ック３に噛み合せるとともに、ピニオン20をはさむ左右
の位置に複数個のガイドホイール11を垂設して前記案内
溝12に係合させる。

走行機構部６には、走行用モータ（例えばサーボモー
タ）９が内蔵され、減速機構（図示省略）を介してピニ
オン20を回動させる。溶接余盛の研削作業時には、走行
用モータ９の駆動により比較的に低速で走行させるが、
研削終了後には、走行機構部６の上部に設けたハンドル
21を操作してピニオン20をラック３から分離し、手押し
で走行台車４を早戻りができるようにしてある。

昇降機構８は、低速回転電動グラインダ15を母材表面50
に対し昇降させるもので、第３図に概略を示すように昇
降機構８の上部にリバーシブルモータ25を載置し、モー
タ出力軸にスクリューロッド26を直結してスライダ13の
支持ブロック27に螺合させる。支持ブロック27は左右の
ガイド28に沿って上下方向に摺動自在に支持されている
ので、昇降用モータ25を回転することによりスライダ13
に取付けられたホルダ16および定速回転電動グラインダ
15を昇降させる。

センサ10は、昇降機構８の外枠部分より研削直後の溶接
線上に突出させた取付金具30と、取付金具30からばね33
によって下向き（母材表面方向）に押圧されるフレーム
31と、フレーム31の下端に取付けられて母材表面50に接
触して回転するホィール37と、フレーム31からばね35に
よって研削面方向に押圧されるロッド36と、ロッド36の
下端に取付つけられて常に研削面に接触して回転するホ
ィール32と、研削後の余盛残量ｈ（第14図）を電気的に
検出するポテンショメータ34とよりなる。ポテンショメ
ータ34は、ホイール32が研削直後の残量面に当接して母
材表面50に対する残量の高さｈを電気的に検出する素子
である。

なお、取付金具30の取付位置は、走行台車４が走行中母
材表面50に対し、常時所定の高さを維持することがで
き、且つホィール32の残量面への当接位置が研削直後の
最短距離を確保できる部位ならば、昇降機構８の外枠部
分のどの個所でも良い。

制御部は、電動グラインダを昇降させる昇降機構制御回
路（第４図）と、走行台車を走行させる走行機構部制御
回路（第５図）と、過負荷防止手段（第６図）とを含ん
でいる。

昇降機構制御回路は、比較器41aと、該比較器41aに対し
比較信号を出力するポテンショメータ46aと、基準信号
を出力する残量設定器42aと、感度調整回路43aと、正逆
停止切換回路44aと、昇降用のモータ例えばリバーシブ
ルモータ25とを有している。比較信号は、センサ10のホ
イール32により検出される残量ｈを電気的に交換してポ
テンショメータ46aより出力される信号であり、また基
準信号は残量設定器42aより出力される所定基準残量に
対応する制御の基準となる信号である。

感度調整回路43aは、例えばシュミット回路等により構
成され、出力信号が正負の何れかにかわるときには、入
力信号にヒステリシスを設け、瞬間的入力の変動に対し
ては作動しないようにしてある。正逆停止切換回路44a
は、ブリッジドライバ回路を使用し、昇降用モータ25が
正転、逆転、停止、ブレーキの４モードで運転されるよ
うにしてある。

すなわち、比較器41aに入力された前記基準信号とポテ
ンショメータ46aの出力信号とを比較して、その比較出
力により正逆停止切換回路44aを作動させて昇降用モー
タ25に正転、逆転、停止、ブレーキの４モードの運転を
させ、前記比較出力が零になるようにして残量ｈを常に
所定基準設定値に保持する。

走行機構部制御回路40bは、第５図に示すように比較器4
1bと、電動グラインダ15のグラインダ用モータ15aと、
グラインダ用モータの負荷電流を検出して前記比較器41
bに整流平滑回路45を介して、比較信号を出力する負荷
電流検出回路46bと、グラインダ用モータ15aの所定基準
電流値に対応し、制御の基準となる基準信号を出力する
基準電流設定器42bと、速度設定回路44bと、比較器41b
より出力される速度設定信号と走行用モータ（例えばサ
ーボモータ）９の速度を検出するタコジェネレータ（T
G）46cの信号とを入力して比較出力を速度設定回路44b
に出力する比較器41cと、感度調整回路43bとよりなる。

比較器41bはグラインダ用モータ15aの負荷電流を常に一
定に保持するため、負荷電流検出回路46bによりモータ1
5aの負荷電流を検出し、その出力と基準値とを比較して
走行用モータ９を適当な速度にコントロールする。走行
用モータ９の速度をタコジェネレータ（TG）46cにより
検出し、比較器41cを介して速度設定回路44bにフィード
バックさせ、速度設定信号に適応して走行用モータ９の
速度を正確にコントロールする。なお、感度調整回路43
bは感度調整回路43aと同じ機能をもたせている。

前述のように、溶接余盛は、鋼板の酸化スケール等とは
異なり、溶接ビードの継ぎ目等で局所的な突起を有する
ことがあり、研削走行中、高速回転している砥石が突起
に衝突して万一破損すると破片が飛散して甚だ危険であ
る。そこで、本発明では、上記のような異常事態が発生
して定速回転電動グラインダの負荷電流が限界値に達し
たときに動作信号を出力する過負荷防止手段を備えて、
砥石の回転停止、上昇退避、走行の瞬時停止をさせる。

過負荷防止手段は、第６図に示すように過負荷用基準電
流設定器42cと、比較器41dと、過負荷防止回路44cと、
電源開閉器49とからなる。前記負荷電流検出回路46b
（第５図）により検出され、整流平滑回路45を介して比
較器41d（第６図）へ入力される負荷電流検出信号が、
過負荷用基準電流設定器42cの所定限界値をこえた時
は、比較器41dの出力が過負荷防止回路44cを介して電源
開閉器49を作動させ、昇降用モータ25、グラインダ用モ
ータ15a、走行用モータ９を停止させる。

なお、上記過負荷防止手段の具体的な動作としては、負
荷電流検出値が所定限界値をこえた場合は、先づ、昇降
用モータ25を駆動して電動グラインダを所定高さまで上
昇させると同時に走行用モータ９及びグラインダ用モー
タ15aを停止させたのち、適当のタイムラグを持たせて
昇降用モータ25を停止させると良い。

使用に際しては、センサ10からは研削直後の余盛の残量
52を示す比較信号が出力されるので、該信号と残量設定
器42であらかじめ設定した残量52に対応する基準信号と
を比較器41aのなかで比較し、設定値よりも実際残量の
ほうが大きければ、グラインダを母材表面へ向って下降
させ、逆に設定値よりも実際残量のほうが小さければグ
ラインダを上昇させるように昇降用モータを駆動する。
したがって、母材表面に全く変形がないならば、グライ
ンダは常に砥石の消耗量だけ下降して余盛残量が設定値
に保持される。

もし母材表面50に変形があるならば、砥石の消耗と母材
表面の変形とに同時に追従してグラインダを昇降又は停
止させることになる。この場合、研削加工個所と残量検
出個所との間の距離だけ遅れたフィードバック制御にな
るが、この距離を実用可能な限り、小にすればその間に
おける砥石の消耗量はもとより、通常見られる母材表面
50の変形による追従誤差も実用上無視することができ
る。（たとえば、研削個所とセンサの距離を20mmとすれ
ば、溶接線方向における母材表面の変形勾配が最大3/10
00としても追従誤差は0.06mmに過ぎない。） 一方、定速回転電動グラインダ15のグラインダ用モータ
15aは、単位時間当り研削除去量が増大して回転数が低
下しようとすると、負荷電流を増大して回転数を一定に
保持するよう制御するので、研削除去する余盛の断面積
が一定ならば、走行台車の移動速度と定速回転電動グラ
インダの負荷電流との間には第７図のような関係があ
る。

このような定速回転電動グラインダ15の特性を利用し
て、制御部の走行機構部制御回路では走行台車の移動速
度を制御する。すなわち、定速回転電動グラインダの負
荷電流を検出回路46bで検出し、整流平滑回路45で直流
に交換したのちノイズを除去する。この出力信号は、あ
らかじめ基準電流設定器42bで設定された所定基準値と
比較器41bで比較され、負荷電流が前記設定基準値より
小さいときは走行台車４の移動速度を増速し、逆に負荷
電流が設定基準値より大きいときは走行台車４の移動速
度を減速するように感度調整回路43b、比較器41c、速度
設定回路44b、タコジェネレータ46cより構成されるクロ
ーズドサーキュットにより走行用モータ９の速度を制御
する。

このような制御によって、研削除去すべき余盛の量にか
なりの変動（溶接ビートの継目などで生じやすい）があ
っても、それに即応して無理がなく、かつ無駄のない速
度で自動的に研削作業することができる。

第４図および第５図における感度調整回路43a、43bは、
昇降用モータ25、走行用モータ９のハンチングを防止す
るために不感帯の幅を調整する回路である。

過負荷防止回路44cは、グラインダ用モータ15aの負荷電
流が第７図の許容限界値に達したときすべての動作を停
止するための保護回路であって、グラインダの焼損と砥
石の破損を未然に防止することができる。

また、本発明では通常のオフセット砥石を使用してもな
んら支障はないが、目詰まりによる研削能力の低下を避
けるため、第11〜12図に示すような研磨布積層型の砥石
を使用した場合、研磨布の消耗が円形基板に達して研削
不能になった状態では必然的に研削抵抗が増大してグラ
インダ負荷電流が許容限界値を超えるから、過負荷防止
回路44cが作動して装置の動作が自動的に停止し、砥石
の交換を待つ状態になる。実験結果によれば、昇降用モ
ータ25に交流リバーシブルモータを使用した第４図の回
路でも充分な平滑さの仕上り面が得られるが、サーボモ
ータを使用すれば、さらに制御精度が向上し、より平滑
な仕上り面が得られる。

［発明の効果］ 本発明は、研削量に応じて負荷電流を増減する定速回転
電動グラインダを搭載した余盛の研削装置に、研削直後
の残量を検出するセンサを設け、該センサの出力により
電動グラインダの母材に対する高さを制御する昇降機構
制御回路と、前記電動グラインダの負荷電流を所定基準
電流値に維持するように走行台車を制御する走行機構部
制御回路とを設けたため、余盛起伏の状況に拘らず常に
所定残量を自動的に維持することができ、且つ前記余盛
の起伏に応じて走行速度を制御して効率の良い研削がで
きる。

また、溶接ビードの継ぎ目等での局所的な突起に砥石が
衝突するなどの異常事態によって電動グラインダの負荷
電流が限界値に達したとき、過負荷防止回路の作動によ
り研削砥石を退避上昇させ、グラインダの回転と走行台
車の走行を停止させて安全に作業できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明研削装置の正面図、第２図は同じく側面
図、第３図は昇降機構の概略正面図、第４図は昇降機構
制御回路のブロック図、第５図は走行機構部制御回路の
ブロック図、第６図は過負荷防止手段のブロック図、第
７図は定速回転電動グラインダの特性線図、第８図は従
来形研削装置の正面図、第９図は同装置における昇降機
構の概略正面図、第10図は溶接余盛の拡大断面図、第11
図および第12図は砥石の正面図および断面図、第13図お
よび第14図は溶接余盛の長手方向の断面図である。 １……ガイドレール、２……支持板、３……ラック、４
……走行台車、６……走行機構部、８……昇降機構、９
……走行用モータ、10……センサ、11……走行用のガイ
ドホイール、12……案内用の溝、13……昇降スライダ、
15……定速回転電動グラインダ、17……研削砥石、20…
…ピニオン、21……ハンドル、25……昇降用モータ、26
……スクリューロッド、27……支持ブロック、28……ガ
イド、30……取付金具、31……フレーム、32……センシ
ング用のホイール、33、35……スプリング、34……ポテ
ンショメータ、40a……昇降機構制御回路、40b……走行
機構部制御回路、41a、41b、41c、41d……比較器、42a
……残量設定器、42b……基準電流設定器、43a、43b…
…感度調整回路、44a……正逆停止切換回路、44b……速
度設定回路、44c……過負荷防止回路、45……整流平滑
回路、46a……ポテンショメータ、46b……負荷電流検出
回路、46c……タコジェネレータ、47……基準電流設定
器、48……増減速回路、49……電源開閉器、50……母材
表面、51……余盛、52……残量。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 陳 銘徳 東京都品川区北品川５丁目３番20号 愛晃 エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 石橋 高明 東京都品川区北品川５丁目３番20号 愛晃 エンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭52−74548（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−263613（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】単位時間当たりの研削量に応じて負荷電流
   が増減する定速回転電動グラインダを用いて溶接余盛を
   研削除去する研削装置であって、 定速回転電動グラインダを搭載し、かつ走行機構部、定
   速回転電動グラインダ昇降機構部及び制御部を備えた走
   行台車と、走行方向に向かって研削砥石の後方に当たる
   位置の走行台車に取付けられて溶接余盛残量の高さを検
   出するセンサとからなり、 前記制御部は、 センサ出力と溶接余盛残量設定値とを比較して、前記残
   量が一定になるように前記電動グラインダを昇降させる
   昇降機構制御回路と、 前記電動グラインダの負荷電流を検出し電流設定値と一
   致するように走行速度を加減して走行台車を駆動する走
   行機構制御回路と、 前記電動グラインダの負荷電流が限界値に達したとき、
   昇降機構を上昇側に駆動して研削砥石を待避上昇させ、
   電動グラインダの回転を停止させるとともに走行台車の
   走行を停止させる過負荷防止回路とから構成されてい
   る、 ことを特徴とする溶接余盛の自動研削装置。