(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のローラーによって支持された研磨ベルトを、予め研磨目が形成されている被研磨物に対して押し当てながら循環させることにより、所定の研磨方向に沿って被研磨物を研磨するベルト研磨装置において、
前記被研磨物の画像を取得する第１取得部と、
取得した画像を構成する画素単位毎にＲＧＢ値を算出する第１算出部と、
算出したＲＧＢ値を変換してグレースケール値を算出する第２算出部と、
算出したグレースケール値に基づいて、前記研磨目の向きである研磨目方向を検出する検出部と、
前記検出部で検出した前記研磨目方向と前記研磨方向とが一致しているか否かを判定する判定部と、
を有するベルト研磨装置。
【請求項２】
前記第１取得部により取得される画像の範囲は、少なくともスポット溶接径の倍の範囲であることを特徴とする請求項１記載のベルト研磨装置。
【請求項３】
外乱光を遮光する遮光部を有することを特徴とする請求項１または２記載のベルト研磨装置。
【請求項４】
前記研磨目方向と前記研磨方向とが一致するように、前記研磨方向を変更する研磨方向変更部を更に有することを特徴とする、請求項１から３いずれか１項記載のベルト研磨装置。
【請求項５】
前記被研磨物を載置する台座の向きを変更する台座方向変更部を更に有することを特徴とする請求項４記載のベルト研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベルト研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両等の外板（被研磨物）において、外側面に対して塗装を施さず、金属の表面を露出させた構造とすることが行われている。例えば外板をステンレス鋼製とした場合、ステンレスの表面に研磨加工を施した研磨面を露出させることにより、意匠性の高い鉄道車両とすることができる。
【０００３】
研磨面には、特許文献１に記載されているように、予め研磨目の向き（研磨目方向）が一様に揃えられた外板（ベルトグラインド仕上げによる外板）を用いることが主流となっている。
【０００４】
鉄道車両等に用いられる外板は、全体の面積が大きいため、複数枚の外板を溶接により繋ぎ合わせて作成される。溶接後は、溶接箇所に対して再度の研磨を行い、溶接痕が除去される。また、組み立て作業時等において研磨面に打痕等がついてしまった場合も、当該個所に対して再度の研磨を行い、打痕等が除去される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２７４９１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
かかる再研磨処理によって、被研磨部分には新たな研磨目が形成されることとなる。ここで、当該新たな研磨目の向きが、その周囲に当初より形成されていた研磨目の向きと一致しない場合、新たな研磨目が目立ってしまい、意匠性が損なわれてしまうこととなる。このため、再研磨処理を行う前の時点で、ベルト研磨装置の研磨方向が研磨目方向に一致するようなセッティングを行う必要がある。しかし、外板の研磨目方向を目視で確認し、研磨方向を研磨目方向に一致させる作業は非常に手間のかかるものであった。
【０００７】
本発明はかかる事情及び知見に鑑みてなされたものであり、再研磨処理を行う前において被研磨物に形成されている研磨目方向を検出し、研磨方向を当該研磨目方向に一致させることのできるベルト研磨装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係るベルト研磨装置は、複数のローラーによって支持された研磨ベルトを、被研磨物に対して押し当てながら循環させることにより、所定の研磨方向に沿って被研磨物を研磨するベルト研磨装置において、被研磨物の画像を取得する第１取得部と、取得した画像を構成する画素単位毎にＲＧＢ値を算出する第１算出部と、算出したＲＧＢ値を変換してグレースケール値を算出する第２算出部と、算出したグレースケール値に基づいて研磨目方向を検出する検出部と、検出部で検出した研磨目方向と研磨方向とが一致しているか否かを判定する判定部と、を有する。
【０００９】
本発明に係るベルト研磨装置では、画素単位毎に算出される被研磨物の明度に基づいて、被研磨物の研磨目方向を検出することができる。これにより、被研磨物を再研磨する前に被研磨物の研磨方向を把握することができる。さらに、本発明に係るベルト研磨装置では判定部を設けているので、研磨方向を当該研磨目方向に一致させることができる。これにより、仕上がりの定量化や品質の安定を図ることができる。
【００１０】
また本発明に係るベルト研磨装置では、第１取得部により取得される画像の範囲は、少なくともスポット溶接径の倍の範囲であることが好ましい。スポット溶接が施された局所では、スポット溶接が施されていない局所に比して、グレースケール値が低く（すなわち、明度が暗く）検出されてしまう。このような事情を鑑みて、この好ましい態様では、少なくともスポット溶接径の倍の範囲で画像を取得するようにしたので、スポット溶接が施されていない局所において安定したグレースケール値を取得することができる。
【００１１】
また本発明に係るベルト研磨装置では、外乱光を遮光する遮光部を有することも好ましい。この好ましい態様では、外乱光を遮光できるので、画像を取得する際に被研磨物を照射する照射光の強度を一定にすることができ、安定したグレースケール値を取得することができる。
【００１２】
本発明に係るベルト研磨装置では、研磨目方向と研磨方向とが一致するように、研磨方向を変更する研磨方向変更部を更に有することも好ましい。この好ましい態様では、研磨目方向を研磨方向に対して変更することができるので、再研磨加工を施す前に研磨目方向を調整することができる。特に、被研磨物が鉄道車両等に用いる大きな外板の場合には、被研磨物自体を動かすことなく、被研磨物の研磨目方向を調整することができる。
【００１３】
本発明に係るベルト研磨装置では、被研磨物を載置する台座の向きを変更する台座方向変更部を更に有することも好ましい。この好ましい態様では、被研磨物を載置する台座の向きを調整することができるので、上述した研磨方向変更部と併せて、再研磨加工を施す前に研磨目方向を調整することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、再研磨処理を行う前において被研磨物に形成されている研磨目方向を検出し、研磨方向を当該研磨目方向に一致させることのできるベルト研磨装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係るベルト研磨装置を模式的に示す側面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るベルト研磨装置と移動装置とを模式的に示す側面図である。
【図３】研磨目方向の検出手順を示すフローチャートである。
【図４】解析対象画像の行方向に対するグレースケール平均値を示すグラフである。
【図５】解析対象画像の行方向に対するベルト研磨装置の最小分解能を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００１７】
図１及び図２を参照しながら、本発明の実施形態に係るベルト研磨装置の構成を説明する。図１は、本発明の実施形態に係る検出装置を模式的に示す側面図である。図１に示すように、ベルト研磨装置ＰＳは、３つのローラー６，７，８によって支持された研磨ベルト９を、被研磨物である外板１００に対して押し当てながら循環させることにより、所定の研磨方向に沿って外板１００を研磨する装置であって、画像取得手段１と、研磨部Ｐと、制御手段５とを備えている。
【００１８】
画像取得手段１は、ベルト研磨装置ＰＳの先端部に可動自在に取り付けられており、外板１００を走査して、外板１００の画像を取得する部分である。外板１００を走査する走査方向は、外板１００を再研磨するための研磨方向と一致するように構成されている。なお、外板１００としては、ステンレス鋼、アルミニウム合金、マグネシウム合金、及び軟鋼等からなるものが挙げられる。
【００１９】
画像取得手段１には、それぞれ図示しない、光源と、カメラと、通信部と、が備えられている。画像取得手段１では、光源とカメラとを用いて、照射光を照射しながら外板１００を走査し、外板１００の画像を取得するように構成されており、通信部を介して取得した画像を制御手段５に送信できるように構成されている。なお、光源は、１台でも良いが、カメラを挟んで、カメラと同軸上（Ｘ軸，Ｙ軸上）に複数台設置されていることが好ましい。また、画像取得手段１にメモリを設けて、取得した画像をメモリに一時的に記憶させ、その後、通信部を介して制御手段５に送信しても良い。さらに、遮光部を設けて、光源を外板１００に照射する際に、外乱光を遮光させてもよい。
【００２０】
研磨部Ｐは、外板１００に直接触れて、再度、外板１００の研磨を行う部分であって、ベース２０と、加圧ローラー６と、駆動ローラー７と、張力調整ローラー８と、研磨ベルト９とを備える。研磨ベルト９は、外側の面に研磨材が塗布された帯状の無端のベルトであって、３つのローラー（加圧ローラー６、駆動ローラー７、張力調整ローラー８）によって、所定の張力を保った状態で支持されている。
【００２１】
研磨ベルト９は、駆動ローラー７により駆動力を与えられ、加圧ローラー６、駆動ローラー７、張力調整ローラー８に沿って高速で循環する。駆動ローラー７は、ベルト駆動用モーター１０によって、駆動ベルト１１を介して駆動されている。
【００２２】
加圧ローラー６は、高速で循環している研磨ベルト９に加圧力を加え、外板１００に押し当てるためのローラーであって、ベース２０に対して回動自在に支持されている。尚、かかる加圧力は加圧シリンダ４を発生源としており、加圧シリンダ４が伸長すると、図１においては研磨部Ｐが反時計回りに回転し、加圧ローラー６は研磨ベルト９を介して外板１００に押し当てられる。
【００２３】
加圧シリンダ４は電動式のシリンダであって、一端が固定部２に固定されている棒状のシリンダ保持部材１６に対し回動自在に固定されており、他端が、ロードセルである加圧力測定手段１７を介してベース２０に対し固定されている。
【００２４】
ベース２０のほぼ中央には、上方に突出する支柱２１が設けられている。支柱２１の上部には、ハンドル１３の回転に伴って上下に移動可能な調整板１２が設けられている。張力調整ローラー８は、調整板１２に対し、回動自在に支持されているローラーである。ハンドル１３を回転させると、それに伴って調整板１２は張力調整ローラー８と共に上下に移動する。
【００２５】
ベース２０には、支持軸１４の近傍において回転角度検知手段１８が設けられている。回転角度検知手段１８は、ロータリーエンコーダであって、支持軸１４に対する研磨部Ｐの回転角度を検知する。
【００２６】
ベルト研磨装置ＰＳは、移動装置ＭＳから下方に突出する支柱６３に連結されている回転部３により、ベルト研磨装置ＰＳの全体が支柱６３を中心に回転自在に支持され、回転部３に連結されている支持軸１４により、上下動自在に支持されている。
【００２７】
回転部３を中心に、ベルト研磨装置ＰＳの全体が外板１００に対し左右に移動することによって、画像取得手段１が外板１００に対し左右に移動し、外板１００の研磨目方向と研磨方向との相対角度（相対方向）が変動する。また、支持軸１４を中心に、ベルト研磨装置ＰＳの全体が支柱６３に対し上下することによって、画像取得手段１と外板１００との上下方向（図１のＸＺ方向）の相対距離や、加圧ローラー６と外板１００との上下方向の相対距離が変動することとなる。これにより、画像取得手段１は、外板１００に接触することなく、外板１００の画像を取得することができる。
【００２８】
台座１１０は、外板１００を載置するものであり、水平面（ＸＹ面）に対して回転自在に外板１００を支持する構造物である。台座１１０には、垂直方向（図１に示すＸＺ方向）に沿って回転軸（図示せず）が設けられており、制御手段５からの回転指示によって、回転軸を中心に、台座１１０が回転するものである。
【００２９】
図２に示すように、移動装置ＭＳは、ベルト研磨装置ＰＳの全体が水平方向（図１に示すＸＹ方向）及び上下方向を自在に移動できるように構成されており、ベルト研磨装置ＰＳを支持する支持枠６１と、支持枠６１を水平方向に移動するガイドレール６２と、ガイドレール６２から吊り下げられるように設けられている支柱６３と、を備えている。
【００３０】
このように構成されているベルト研磨装置ＰＳの制御手段５は、ベルト研磨装置ＰＳの種々の動作を制御するコンピュータであって、例えば、ベルト駆動用モーター１０の回転、加圧シリンダ４による加圧動作等が制御される他、移動装置ＭＳの動作も制御される。また、加圧力測定手段１７が検知した加圧力、回転角度検知手段１８が検知した研磨部Ｐの回転角度等、ベルト研磨装置ＰＳの各部に配置されたセンサからの情報が、制御手段５に入力されている。このため、制御手段５は、これらの情報に基づいてベルト研磨装置ＰＳの動作を制御する。
【００３１】
また、制御手段５は、外板１００の研磨目方向の検出も行う。外板１００の研磨目方向の検出手順については、図３に示すフローチャートを参照しながら、説明する。
【００３２】
ベルト研磨装置ＰＳを水平方向に移動させることにより、画像取得手段１が、研磨方向に対する外板１００の研磨目方向を検出するために、外乱光を遮光しながら、外板１００を走査して、画像を取得する(Ｓ１)。画像取得手段１は、通信部を介して取得した画像を制御手段５に送信する(Ｓ２)。
【００３３】
制御手段５は、画像取得手段１が取得した画像を受信すると、取得した画像の中から所定範囲で画像を切り取り、所定範囲の画像を解析対象画像として取得する(Ｓ３)。解析対象画像は、スポット溶接径の倍以上の範囲である。例えば、スポット溶接径が１２ｍｍの場合には、少なくとも倍の２４ｍｍに相当するピクセルの範囲で画像を切り取ることが必要である。制御手段５は、例えば、スポット溶接径の倍以上の範囲である、１５００×２５０ピクセルの範囲で画像を切り取る。すなわち、解析対象画像は、１５００ピクセルの行と２５０ピクセルの列とで配置されたマトリックスデータで構成されることになる。
【００３４】
制御手段５は、解析対象画像の各ピクセル（各マトリックスデータ）に対して、ＲＧＢ値を算出する（Ｓ４）。ＲＧＢ値とは、色を表現する際のＲ値，Ｇ値，Ｂ値の値を意味し、光の三原色を構成する赤（Ｒ値）、緑（Ｇ値）、青（Ｂ値）の成分を含んでいる。それぞれの色成分は２５６段階の階調を有しており、各値を組み合わせることで、様々な色を表現することができる。
【００３５】
続いて、制御手段５は、下式に従って、ＲＧＢ値をグレースケール変換し、各ピクセに対してグレースケール値を算出する（Ｓ５）。これにより、各ピクセルに対し、色の明るさ（輝度）が算出される。グレースケール値が高ければ、そのピクセルは明く、グレースケール値Ａｃが低ければ、そのピクセルは暗いことを示す。
Ａｃ＝Ｒ×０．２９９＋Ｇ×０．５８７＋Ｂ×０．１１４
なお、ＲはＲ値，ＧはＧ値，ＢはＢ値を示す。
【００３６】
制御手段５は、解析対象画像の行方向または列方向に対し、グレースケール値の平均値（以下、グレースケール平均値という。）を算出する（Ｓ６）。行方向または列方向の平均値を算出することにより、ピクセル毎に検出したグレースケール値の変動を安定させることができる。
【００３７】
制御手段５は、予め、図４に参照するような、外板１００の研磨目方向が研磨方向に対して平行、傾斜、垂直である場合のグレースケール平均値の閾値を取得している。グレースケール平均値は、上記算出式を用いて、取得している。これは、検出対象である外板１００の研磨目方向を取得する度に事前に取得してもよいし、ある一定期間おいて、定期的に取得してもよい。
【００３８】
図４は、解析対象画像の行方向に対して算出したグレースケール平均値を示すグラフである。実線は解析対象画像の研磨目方向が研磨方向に対して平行であるときの、グレースケール平均値を示したグラフＧ１であり、破線は解析対象画像の研磨目方向が研磨方向に対して傾斜しているときの、グレースケール平均値を示したグラフＧ２であり、一点差線は解析対象画像の研磨目方向が研磨方向に対して垂直であるときの、グレースケール平均値を示したグラフＧ３である。
【００３９】
グラフＧ１〜Ｇ３によれば、解析対象画像の研磨目方向が研磨方向に対して平行である場合のグレースケール平均値では、その閾値がＴ値であるのに対し、解析対象画像の研磨目方向が研磨方向に対して傾斜、または垂直である場合のグレースケール平均値では、その閾値が３Ｔ値であることを確認することができる。これにより、解析対象画像の研磨目方向が研磨方向に対して平行である場合には、他の場合と比して、グレースケール平均値が低い、すなわち、解析対象画像が暗いということを確認することができる。
【００４０】
そこで、制御手段５は、検出対象である研磨目方向が不明な外板１００のグレースケール平均値と、上記グラフ化することで算出された閾値とを比較し、研磨目方向を検出する（Ｓ７）。
【００４１】
制御手段５は、比較結果に基づいて、検出した研磨目方向と研磨方向とが一致しているか否かを判定する（Ｓ８)。例えば、制御手段５は、研磨目方向のグレースケール平均値がＴ値である場合には、一致していると判定し、３Ｔ値である場合には、不一致と判定する。
【００４２】
最後に、制御手段５は、検出した研磨目方向と研磨方向とが一致していないと判定した場合には（Ｓ８  ＮＯ）、外板１００の研磨目方向が研磨方向と一致するように、制御手段５がベルト研磨装置ＰＳを制御し、ベルト研磨装置ＰＳの制御と併せて台座１１０を制御する（Ｓ９）。例えば、制御手段５は、外板１００の研磨目方向が研磨方向に対して平行になるように（研磨目方向が研磨方向と一致するように）、ベルト研磨装置ＰＳを制御し、ベルト研磨装置ＰＳの制御と併せて台座１１０を制御する。
【００４３】
ここで、ベルト研磨装置ＰＳの初期化の一つとして、画像取得手段１に設置されたカメラの明るさと角度とを検出するために垂直方向を中心にカメラを９０度回転させている。この結果、解析対象画像の研磨目方向が研磨方向に対して傾斜する場合、制御手段５および画像取得手段１が判別できる最小角度は１０度であることが確認されている。
【００４４】
図５には、解析対象画像の研磨目方向が研磨方向に対して０度、５度、１０度である場合、解析対象画像の行方向に対するグレースケール平均値を示したグラフＧ４〜Ｇ６である。実線は傾斜角度が１０度である場合のグレースケール平均値を示したグラフＧ４であり、破線は傾斜角度が０度である場合のグレースケール平均値を示したグラフＧ５であり、一点差線は傾斜角度が５度である場合のグレースケール平均値を示したグラフＧ６である。
【００４５】
グラフＧ４〜Ｇ６によれば、グレースケール平均値がＴ値を超えているのは、傾斜角度が１０度の場合であるので、ベルト研磨装置ＰＳの最小分解能、すなわち、ベルト研磨装置ＰＳの最小角度は１０度であることが確認できる。
【００４６】
なお、本発明に係る再研磨処理を行う前の被研磨物に形成されている研磨目とは、予め被研磨物が有する研磨目であっても、本発明による研磨装置による研磨加工によって形成される研磨目であっても良い。
【００４７】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００４８】
ＰＳ：ベルト研磨装置（研磨方向変更部）
１：画像取得手段（第１取得部，遮光部）
Ｐ：研磨部
２：固定部
３：回転部（研磨方向変更部）
４：加圧シリンダ
５：制御手段（第１算出部，第２算出部，検出部，判定部，研磨方向変更部，台座方向変更部）
６：加圧ローラー
７：駆動ローラー
８：張力調整ローラー
９：研磨ベルト
１０：ベルト駆動用モーター
１１：駆動ベルト
１２：調整板
１３：ハンドル
１４：支持軸
１６：シリンダ保持部材
１７：加圧力測定手段
１８：回転角度検知手段
２０：ベース
２１：支柱
６１：支持枠
６２：ガイドレール
６３：支柱
１００：外板
１１０：台座（台座方向変更部）
【図１】
0005833416.tif 000002
【図２】
0005833416.tif 000003
【図３】
0005833416.tif 000004
【図４】
0005833416.tif 000005
【図５】
0005833416.tif 000006