WO2024252976A1 - 下部ノズル着脱装置 - Google Patents

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WO2024252976A1
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lower nozzle
robot arm
attachment
control unit
holder
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勇介 山口
雄大 尾上
麻熙 二村
守 吉村
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Krosaki Harima Corp
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Krosaki Harima Corp
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D41/00—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
    • B22D41/14—Closures
    • B22D41/22—Closures sliding-gate type, i.e. having a fixed plate and a movable plate in sliding contact with each other for selective registry of their openings
    • B22D41/28—Plates therefor
    • B22D41/34—Supporting, fixing or centering means therefor

Definitions

  • the present invention relates to a lower nozzle attachment/detachment device for attaching/detaching a lower nozzle used in a sliding nozzle device that controls the flow rate of molten steel during continuous casting of molten steel.
  • a refractory nozzle i.e., the lower nozzle
  • the lower nozzle is usually placed on the underside of the plate brick, i.e., the lower plate, which controls the flow rate of molten steel, to straighten the flow of molten steel.
  • This lower nozzle needs to be replaced sooner than the plate lifespan expires due to damage caused by splash adhesion and oxygen cleaning.
  • the lower nozzle is usually held by a bayonet mechanism via an annular retaining frame that holds the lower nozzle, against a cylindrical sleeve metal fitting fixed to the underside of the plate storage frame that houses the lower plate, so that it can be replaced separately.
  • Patent Document 1 discloses an attachment/detachment device that includes a drive mechanism that can control the torque and rotation angle.
  • Patent Document 2 also discloses a method for rotating the retaining metal frame of the lower nozzle with a specified torque.
  • the inventors conducted multiple tests to attach and detach the lower nozzle, they found that it is not possible to reliably attach and detach the lower nozzle by simply controlling the torque and rotation angle as in conventional technology.
  • the lower nozzle is significantly damaged and its shape changes before and after use, and the metal retaining frame and sleeve metal of the lower nozzle also undergo significant thermal expansion due to temperature changes and deformation due to external forces, resulting in significant changes in frictional resistance when attaching and detaching. For this reason, it is not possible to reliably attach and detach the lower nozzle by simply controlling the torque and rotation angle.
  • the problem that this invention aims to solve is to provide a lower nozzle attachment/detachment device that can reliably attach and detach the lower nozzle.
  • the inventors conducted further tests of attaching and detaching the lower nozzle, and found that it is effective to control the movement of the robot arm while monitoring the reaction forces acting on the robot arm in the forward/backward and rotational directions, as well as the amount of movement of the robot arm in the forward/backward and rotational directions when attaching and detaching the lower nozzle.
  • a lower nozzle attachment/detachment device for attaching and detaching a refractory lower nozzle to and from a refractory lower plate attached to a sliding nozzle device
  • the robot arm includes a holder that is detachable from a holding frame that holds the lower nozzle, a robot arm having the holder at its tip, a force sensor that detects a reaction force in a front-rear direction and a reaction force in a rotational direction that the holder receives from the holding frame as the robot arm moves, and a control unit that monitors and controls the movement of the robot arm, The control unit controls the movement of the robot arm while monitoring the reaction forces detected by the force sensors, as well as the forward/backward movement and rotational movement of the robot arm, thereby performing attachment and detachment of the lower nozzle.
  • the present invention allows the lower nozzle to be attached and detached reliably.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of a lower nozzle attachment/detachment device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a main portion showing a state in which the lower nozzle attachment/detachment device of FIG. 1 is used.
  • 2 is an exploded side view showing a holder and a lower nozzle to be attached and detached in the lower nozzle attachment/detachment device of FIG. 1 .
  • 2 is an exploded perspective view showing a holder and a lower nozzle to be attached and detached in the lower nozzle attachment/detachment device of FIG. 1 ;
  • FIG. 2 is a perspective view showing a holder in the lower nozzle attachment/detachment device of FIG. 1 alone.
  • FIG. 4 is a perspective view of a main part showing a state in which a holder is engaged with a holding metal frame in a lower nozzle removal operation by the lower nozzle installation/removal device of FIG. 1 ;
  • FIG. 6B is a longitudinal cross-sectional view of FIG. 6B is a perspective view of the main part showing a state in which the holder is rotated counterclockwise and moved rearward from the state in FIG. 6A to remove the lower nozzle.
  • FIG. FIG. 7B is a longitudinal cross-sectional view of FIG. 7B is a perspective view of the main part showing the state in which the holder is moved rearward from the state in FIG. 7A to remove the retaining metal frame that holds the lower nozzle from the sleeve metal.
  • FIG. 6B is a longitudinal cross-sectional view of FIG. 6B is a perspective view of the main part showing a state in which the holder is rotated counterclockwise and moved rearward from the state in FIG. 6A to remove the lower nozzle
  • FIG. 8B is a longitudinal cross-sectional view of FIG. 8A.
  • 8B is a perspective view of the main part showing the state in which the holder has been moved rearward from the state shown in FIG. 8A to remove the lower nozzle from the sleeve metal fitting.
  • FIG. 9B is a longitudinal cross-sectional view of FIG. 9A.
  • 2 is a perspective view of a main part showing a state in which a holding metal frame holding a lower nozzle is attached to a holder in an installation operation of the lower nozzle by the lower nozzle installation/removal device of FIG. 1 ;
  • FIG. 10B is a longitudinal cross-sectional view of FIG. 10B is a perspective view of the main part showing the state in which the holder has been moved forward from the state in FIG.
  • FIG. 11B is a longitudinal cross-sectional view of FIG. 11B is a perspective view of the main part showing a state in which the lower nozzle is attached to the lower plate by moving the holder forward while rotating it clockwise from the state shown in FIG. 11A .
  • FIG. 12B is a longitudinal cross-sectional view of FIG. 12A.
  • Fig. 1 shows the overall configuration of a lower nozzle attachment/detachment device A according to one embodiment of the present invention
  • Fig. 2 shows a cross section of a main part of the lower nozzle attachment/detachment device A in use.
  • a ladle 4 is laid on its side on a ladle receiver 6 placed on a floor 5.
  • a sliding nozzle device 7 is attached to the bottom 41 of this ladle, and in the state shown in Fig. 1, the sliding direction is approximately vertical.
  • the lower nozzle attachment/detachment device A is a device for attaching and detaching a lower nozzle 72 made of refractory material to a lower plate 71 (see FIG.
  • the lower nozzle 72 is held by a bayonet mechanism via a circular holding frame 75 that holds the lower nozzle 72 to a cylindrical sleeve metal 74 fixed to the lower surface side of a plate storage metal frame 73 that stores the lower plate 71.
  • the lower nozzle attachment/detachment device A includes a holder 1 that can be attached and detached to a circular ring-shaped holding frame 75 that holds the lower nozzle 72, a robot arm 2 having the holder 1 at its tip, a force sensor 3 that detects the forward/backward reaction force and rotational reaction force that the holder 1 receives from the holding frame 75 as the robot arm 2 moves, and a control unit 21 that monitors and controls the operation of the robot arm 2.
  • the base end of the robot arm 2 is fixed to a robot arm stand 22 installed on a floor 5.
  • a force sensor 3 is attached to the tip of the robot arm 2. At this time, the force sensor 3 and the tip of the robot arm 2 are arranged in series so that their central axes coincide.
  • the force sensor 3 can also be provided on the holder 1 side independently of the robot arm 2.
  • the force sensor 3 and the tip of the robot arm 2 are also arranged in series so that their central axes coincide.
  • the force sensor that detects the reaction force in this way is also called a force sensor, and a sensor that is generally used in robot arms and the like can be used.
  • a six-axis force sensor is used as the force sensor 3.
  • the robot arm 2 is a six-axis vertical articulated robot arm, and the attitude and position of the holder 1 attached to the tip of the robot arm 2 can be freely changed.
  • a stereo sensor 23 having a camera and a laser irradiator is attached to the tip of the robot arm 2.
  • the image captured by the camera is input to an image processing device, and the three-dimensional position coordinates are corrected by an image processing method.
  • the robot arm 2 can move the holder 1 to a predetermined position for attaching and detaching the lower nozzle 72. Meanwhile, the above-mentioned reaction forces (front-rear reaction forces and rotational reaction forces) detected by the force sensor 3 are always input to the control unit 21.
  • the control unit 21 performs attachment and detachment of the lower nozzle 72 by controlling the operation of the robot arm 2 while monitoring the above-mentioned reaction forces detected by the force sensor 3, as well as the amount of movement of the robot arm 2 in the front-rear direction and the amount of movement in the rotational direction, which will be described in detail later.
  • the amount of movement of the robot arm 2 in the front-rear direction and the amount of movement in the rotational direction are recognized by the robot arm 2 itself. That is, the robot arm 2 has a motor with an encoder for moving in the front-rear direction and the rotational direction, and the control unit 21 recognizes the amount of movement in the front-rear direction and the rotational direction based on the encoder value.
  • Figures 3 and 4 show an exploded view of the holder 1 and the lower nozzle 72, which is attached and detached by the lower nozzle attachment/detachment device A including the holder 1.
  • Figure 5 shows a perspective view of the holder 1 alone. Note that the plate storage metal frame is omitted in Figures 3 and 4.
  • the holder 1 has a base body 11, and a core rod 12, a locking pin 13, and a clamp 14 attached to the base body 11.
  • the base 11 is an annular structure having a space 111 into which the lower end of the lower nozzle 72 can be inserted, and its base end is attached to the tip of the robot arm 2 .
  • the core rod 12 is provided along the central axis of the space 111 , and during use, for example, as shown in FIG. 2 , is inserted into the nozzle hole 721 of the lower nozzle 72 to hold the lower nozzle 72 .
  • the locking pins 13 are provided at two locations so as to protrude further from the tip of the base body 11, and the clamp 14 is provided in the vicinity of one of the locking pins 13. The functions of the locking pins 13 and the clamp 14 will be described later.
  • the holding metal frame 75 which is attached to and detached from the holder 1, has, at its lower end side, two engagement grooves 751 that engage with the locking pin 13 and two engagement holes 752 into which the locking pin 13 is inserted and engaged.
  • the engagement groove 751 engages with the locking pin 13 when the lower nozzle 72 is removed
  • the engagement hole 752 engages with the locking pin 13 when the lower nozzle 72 is attached. That is, when the lower nozzle 72 is removed, the locking pin 13 is engaged with the groove-shaped engagement groove 751 so as not to interfere with the locking pin 13 due to the variation in the position of the locking pin 13 in the rotational direction.
  • FIG. 2 shows the state at the time of attachment, that is, the state in which the engagement hole 752 is engaged with the locking pin 13.
  • the retaining metal frame 75 is attached to and detached from the sleeve metal 74 by a bayonet mechanism while holding the lower nozzle 72.
  • the retaining metal frame 75 has protrusions 753 at three locations on its outer circumferential surface, and the sleeve metal 74 has spiral grooves 741 at three locations into which the protrusions 753 are fitted.
  • a detaching operation for detaching the lower nozzle will be described.
  • a laser is emitted from the laser irradiator of the stereo sensor 23 toward a marker (not shown) that is a photographing reference portion provided on the sliding nozzle device 7, and the image is photographed by a camera and processed to calculate the deviation from the reference position of the sliding nozzle device 7 and correct the three-dimensional position coordinates of the sliding nozzle device 7.
  • the robot arm 2 operates and the holder 1 attached to the robot arm 2 moves to a predetermined position in front of the lower nozzle 72 attached to the sliding nozzle device 7.
  • FIG. 1 shows a state in the middle of moving to this predetermined position.
  • control unit 21 controls the operation of the robot arm 2 to move the holder 1 to the above-mentioned predetermined position, stop it at that position, and then move it further forward toward the lower nozzle 72.
  • the above-mentioned two locking pins 13 engage with the two engagement grooves 751, respectively, and the core rod 12 is inserted into the nozzle hole 721.
  • Figures 6A and 6B show this state in a perspective view and a vertical cross section. Note that the plate storage metal frame has been omitted from Figures 6A and 6B. This also applies to the subsequent figures.
  • the control unit 21 rotates the holder 1 in a direction in which the bayonet mechanism is loosened (counterclockwise in this embodiment) by controlling the operation of the robot arm 2, and moves the holder 1 in a direction in which the lower nozzle 72 is removed, that is, in the rearward direction.
  • the control unit 21 controls the operation of the robot arm 2 while monitoring the above-mentioned reaction forces detected by the force sensor 3, as well as the rearward movement amount and rotational movement amount of the robot arm 2.
  • FIG. 7A and 7B show this state in an oblique view and a vertical cross section. That is, in this state, the bayonet mechanism is normally released, and it can be determined that the removal of the lower nozzle 72 has been completed at this stage.
  • the amount of movement of the robot arm 2 in the backward and rotational directions from the state shown in FIG. 6A and FIG. 6B to the state shown in FIG. 7A and FIG. 7B is approximately 3 mm and 25 degrees, respectively.
  • control unit 21 controls the operation of the robot arm 2 to move the holder 1 further backward, and removes the holding frame 75 holding the lower nozzle 72 from the sleeve metal 74 as shown in Figs. 8A and 8B.
  • control unit 21 separates the seal joint between the lower nozzle 72 and the lower plate 71 by moving the robot arm 2, for example, in the vertical direction, as necessary.
  • control unit 21 controls the operation of the robot arm 2 to move the holder 1 further backward. This allows the lower nozzle 72 to be removed from the sleeve metal 74 as shown in Figs. 9A and 9B.
  • the control unit 21 controls the operation of the robot arm 2 to tilt the holder 1 downward.
  • the clamp 14 described above can be operated to reliably engage the locking pin 13 with the engagement groove 751. This allows only the lower nozzle 72 to fall reliably when the holder 1 is tilted downward without the holding frame 75 falling.
  • the control unit 21 judges that there is a removal abnormality and stops the operation of the robot arm 2.
  • the fact that at least one of the reaction forces detected by the force sensor 3 reaches a predetermined set value means that the bayonet mechanism is difficult to loosen due to an increase in friction resistance in the bayonet mechanism, etc., and if the removal operation is continued in this state, there is a risk of damage to the holder 1, robot arm 2, etc.
  • the control unit 21 judges that there is a removal abnormality and stops the operation of the robot arm 2. Note that after stopping the operation of the robot arm 2, the control unit 21 can once operate the robot arm 2 in the opposite direction and then resume the above-mentioned removal operation.
  • the holding metal frame 75 holding the lower nozzle 72 is attached to the holder 1 attached to the tip of the robot arm 2. Specifically, in this embodiment, the holding metal frame 75 holding the lower nozzle 72 is attached to the holder 1 by inserting the locking pin 13 of the holder 1 into the engagement hole 752 of the holding metal frame 75.
  • Figures 10A and 10B show this state in a perspective view and a vertical cross section. Note that the above-mentioned work of attaching the holding metal frame 75 holding the lower nozzle 72 to the holder 1 can be performed by an operator. At this time, a seal joint material can be applied or installed on the upper end surface of the lower nozzle 72.
  • a laser is emitted from the laser irradiator of the stereo sensor 23 toward a marker (not shown) that is a shooting reference portion provided on the sliding nozzle device 7, and the image is photographed by a camera and processed to calculate the deviation from the reference position of the sliding nozzle device 7 and correct the three-dimensional position coordinates of the sliding nozzle device 7.
  • the robot arm 2 operates and the holding metal frame 75 and lower nozzle attached to the holder 1 move to a predetermined position just before the sleeve metal 74 fixed to the sliding nozzle device 7.
  • control unit 21 controls the operation of the robot arm 2 to move the holder 1 to the above-mentioned predetermined position, stop it at that position, and then move it further forward toward the sleeve metal 74.
  • the upper end surface (seal joint material) of the lower nozzle 72 comes into contact with the lower plate 71 and the protrusion 753 of the holding metal frame 75 fits into the groove 741 of the sleeve metal 74, resulting in a position where the bayonet mechanism can be configured.
  • Figures 11A and 11B show this state in an oblique view and a vertical cross section.
  • control unit 21 rotates the holder 1 in the direction in which the bayonet mechanism described above tightens (clockwise in this embodiment) by controlling the operation of the robot arm 2, and moves the holder 1 in the direction in which the lower nozzle 72 is attached, i.e., forward.
  • control unit 21 controls the operation of the robot arm 2 while monitoring the above-mentioned reaction forces detected by the force sensor 3, as well as the forward movement amount and rotational movement amount of the robot arm 2.
  • control unit 21 controls the operation of the robot arm 2 to move the holder 1 backward.
  • the locking pin 13 of the holder 1 disengages from the engagement hole 752 of the holding metal frame 75, and only the holder 1 moves backward.
  • the control unit 21 judges that the installation is abnormal and stops the operation of the robot arm 2.
  • the bayonet mechanism is difficult to tighten due to an increase in friction resistance in the bayonet mechanism, and if the installation operation is continued as it is, there is a risk of damage to the holder 1, the robot arm 2, etc.
  • the control unit 21 judges that the installation is abnormal and stops the operation of the robot arm 2 if at least one of the reaction forces detected by the force sensor 3 reaches a predetermined set value and at least one of the forward movement amount and the rotational movement amount of the robot arm does not reach a predetermined set value. Note that after stopping the operation of the robot arm 2, the control unit 21 can once operate the robot arm 2 in the reverse direction and then resume the above-mentioned installation operation.
  • control unit 21 performs attachment and detachment of the lower nozzle by controlling the operation of the robot arm 2 while monitoring the above-mentioned reaction forces detected by the force sensor 3, as well as the amount of movement of the robot arm 2 in the forward and backward directions and the rotational direction. This allows the lower nozzle 72 to be attached and detached reliably.
  • a Lower nozzle attachment/detachment device 1 Holder 11 Base 111 Space 12 Core rod 13 Locking pin 14 Clamp 2 Robot arm 21 Control unit 22 Stand 23 Three-dimensional sensor 3 Force sensor 4 Ladle 41 Bottom of ladle 5 Floor 6 Ladle receiving part 7 Sliding nozzle device 71 Lower plate 72 Lower nozzle 721 Nozzle hole 73 Plate storage metal frame 74 Sleeve metal 741 Groove 75 Holding metal frame 751 Engagement groove 752 Engagement hole 753 Protrusion

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Casting Support Devices, Ladles, And Melt Control Thereby (AREA)

Abstract

本発明は、下部ノズルの着脱を確実に行うことのできる下部ノズル着脱装置を提供する。本発明は、スライディングノズル装置７に装着されている耐火物製の下プレートに対して、耐火物製の下部ノズル７２を着脱するための下部ノズル着脱装置Ａであって、下部ノズル７２を保持する保持金枠に着脱可能な保持具１、保持具１を先端に有するロボットアーム２、ロボットアーム２の動作に伴い保持具１が前記保持金枠より受ける前後方向の反力及び回転方向の反力を検出する力センサ３、並びにロボットアーム２の動作を監視し制御する制御部２１を含む。制御部２１は、力センサ３が検出する各反力、並びにロボットアーム２の前後方向の動作量及び回転方向の動作量を監視しながら当該ロボットアーム２の動作を制御することにより下部ノズル７２の着脱を実行する。

Description

下部ノズル着脱装置
　本発明は、溶鋼の連続鋳造において、溶鋼流量を制御するスライディングノズル装置に使用される下部ノズルの取付け／取外し、すなわち着脱を行うための下部ノズル着脱装置に関する。
　溶鋼の連続鋳造で使用されるスライディングノズル装置において、通常、溶鋼流量を制御するプレートれんが、すなわち下プレートの下面側には、溶鋼の流れを整流するために耐火物製のノズル、すなわち下部ノズルを配置している。この下部ノズルは飛散するスプラッシュの付着や酸素洗浄によるダメージでプレート寿命より早く交換が必要となる。そのため、通常、下部ノズルは、単独で交換可能となるように、下プレートを収納するプレート収納金枠の下面側に固定されている円筒状のスリーブ金物に対して、下部ノズルを保持する円環状の保持金枠を介してバイヨネット機構によって保持されている。
　このような下部ノズル及びその保持金枠を着脱するための装置として、例えば特許文献１には、トルクと回転角が制御できる駆動機構を含む着脱装置が開示されている。また特許文献２には、規定のトルクで下部ノズルの保持金枠を回転させる方法が開示されている。
特開平６－２５４６７０号公報 特表２０１６－５２５４５２号公報
　本発明者らが下部ノズルの着脱試験を重ねたところ、従来技術のようにトルク及び回転角を制御するだけでは、下部ノズルの着脱を確実に行うことができないことがわかった。すなわち、下部ノズルは使用前と使用後で大きく溶損し形状が変化し、また、下部ノズルの保持金枠やスリーブ金物も温度変化による熱膨張や外力による変形が大きいため着脱時の摩擦抵抗が大きく変化する。そのため、トルク及び回転角を制御するだけでは下部ノズルの着脱を確実に行うことができない。
　そこで本発明が解決しようとする課題は、下部ノズルの着脱を確実に行うことのできる下部ノズル着脱装置を提供することにある。
　上記課題を解決するために、本発明者らが下部ノズルの着脱試験を更に重ねた結果、下部ノズルの着脱時のロボットアームの動作制御において、ロボットアームに作用する前後方向及び回転方向の各反力、並びにロボットアームの前後方向及び回転方向の各動作量を監視しながらロボットアームの動作を制御することが有効であることがわかった。
　すなわち本発明の一観点によれば、次の下部ノズル着脱装置が提供される。
　スライディングノズル装置に装着されている耐火物製の下プレートに対して、耐火物製の下部ノズルを着脱するための下部ノズル着脱装置であって、
　前記下部ノズルを保持する保持金枠に着脱可能な保持具、この保持具を先端に有するロボットアーム、このロボットアームの動作に伴い前記保持具が前記保持金枠より受ける前後方向の反力及び回転方向の反力を検出する力センサ、並びに前記ロボットアームの動作を監視し制御する制御部を含み、
　前記制御部は、前記力センサが検出する各反力、並びに前記ロボットアームの前後方向の動作量及び回転方向の動作量を監視しながら当該ロボットアームの動作を制御することにより下部ノズルの着脱を実行する、下部ノズル着脱装置。
　本発明によれば、下部ノズルの着脱を確実に行うことができる。
本発明の一実施形態である下部ノズル着脱装置の全体構成図。 図１の下部ノズル着脱装置の使用状態を示す要部の断面図。 図１の下部ノズル着脱装置における保持具及び着脱される下部ノズル等を示す分解側面図。 図１の下部ノズル着脱装置における保持具及び着脱される下部ノズル等を示す分解斜視図。 図１の下部ノズル着脱装置における保持具を単体で示す斜視図。 図１の下部ノズル着脱装置による下部ノズルの取外し動作において、保持具を保持金枠に係合させた状態を示す要部の斜視図。 図６Ａの縦断面図。 図６Ａの状態から保持具を反時計回り方向に回転させながら後方向に移動させて、下部ノズルを取り外した状態を示す要部の斜視図。 図７Ａの縦断面図。 図７Ａの状態から保持具を後方向に移動させて、下部ノズルを保持する保持金枠をスリーブ金物から取り外した状態を示す要部の斜視図。 図８Ａの縦断面図。 図８Ａの状態から保持具を後方向に移動させて、下部ノズルをスリーブ金物から抜き取った状態を示す要部の斜視図。 図９Ａの縦断面図。 図１の下部ノズル着脱装置による下部ノズルの取付け動作において、下部ノズルを保持した保持金枠を保持具に取り付けた状態を示す要部の斜視図。 図１０Ａの縦断面図。 図１０Ａの状態から保持具を前方向に移動させて、保持金枠の突起をスリーブ金物の溝に嵌め込んだ状態を示す要部の斜視図。 図１１Ａの縦断面図。 図１１Ａの状態から保持具を時計回り方向に回転しながら前方向に移動させて、下部ノズルを下プレートに取り付けた状態を示す要部の斜視図。 図１２Ａの縦断面図。
　図１に、本発明の一実施形態である下部ノズル着脱装置Ａの全体構成を示している。また図２には、下部ノズル着脱装置Ａの使用状態を要部の断面で示している。
　図１において、鋳造が終わった直後の取鍋４が床５に設置された取鍋受部６の上で横に倒されている。この取鍋の底４１にはスライディングノズル装置７が取り付けられ、図１の状態では摺動方向がほぼ鉛直となっている。
　下部ノズル着脱装置Ａは、スライディングノズル装置７に装着されている耐火物製の下プレート７１（図２参照）に対して、耐火物製の下部ノズル７２を着脱するための装置である。図２に表れているように下部ノズル７２は、下プレート７１を収納するプレート収納金枠７３の下面側に固定されている円筒状のスリーブ金物７４に対して、下部ノズル７２を保持する円環状の保持金枠７５を介してバイヨネット機構によって保持されている。
　下部ノズル着脱装置Ａは、下部ノズル７２を保持する円環状の保持金枠７５に着脱可能な保持具１、この保持具１を先端に有するロボットアーム２、このロボットアーム２の動作に伴い保持具１が保持金枠７５より受ける前後方向の反力及び回転方向の反力を検出する力センサ３、並びにロボットアーム２の動作を監視し制御する制御部２１を含む。
　図１に示しているように、本実施形態においてロボットアーム２は、その基端が床５に設置されたロボットアーム用の架台２２に固定されている。そして、このロボットアーム２の先端部に力センサ３が取り付けられている。このとき、力センサ３とロボットアーム２の先端部とは中心軸が一致するように直列に配置される。なお、力センサ３は、ロボットアーム２から独立して保持具１側に設けることもできる。この場合も、力センサ３とロボットアーム２の先端部とは中心軸が一致するように直列に配置される。なお、このように反力を検出する力センサは、力覚センサとも称されておりロボットアーム等に一般的に使用されているものを使用することができ、本実施形態では力センサ３として６軸力センサを使用している。また、ロボットアーム２は６軸の垂直多関節ロボットアームであり、その先端に取り付けられた保持具１の姿勢や位置を自在に動かすことが可能である。
　本実施形態においてロボットアーム２の先端部分には、カメラとレーザー照射機を有する立体センサ２３が取り付けられている。カメラで撮影された画像は画像処理装置に入力されて、画像処理法によって３次元位置座標が補正される。この座標情報を制御部２１に入力することで、ロボットアーム２は、保持具１を、下部ノズル７２を着脱するための所定位置まで移動することができる。一方、力センサ３が検出する上述の各反力（前後方向の反力及び回転方向の反力）は、常に制御部２１に入力されている。そして詳細は後述するが、制御部２１は、力センサ３が検出する上述の各反力、並びにロボットアーム２の前後方向の動作量及び回転方向の動作量を監視しながらロボットアーム２の動作を制御することにより、下部ノズル７２の着脱を実行する。なお、ロボットアーム２の前後方向の動作量及び回転方向の動作量は、ロボットアーム２自体で認識する。すなわち、ロボットアーム２は、前後方向及び回転方向の動作をさせるためのエンコーダ付モータを有し、そのエンコーダ値に基づいて制御部２１が前後方向の動作量及び回転方向の動作量を認識する。
　次に、保持具１の構成について説明する。図３及び図４には、保持具１と、この保持具１を含む下部ノズル着脱装置Ａにより着脱される下部ノズル７２等とを分解して示している。また、図５には保持具１単体を斜視図で示している。なお、図３及び図４においてプレート収納金枠は省略している。
　図２並びに図３から図５に表れているように、保持具１は、基体１１と、この基体１１に取り付けられた、芯棒１２、係止ピン１３及びクランプ１４を有する。
　基体１１は、下部ノズル７２の下端部を挿入可能な空間１１１を有する円環状の構造体であり、その基端部がロボットアーム２の先端に取り付けられる。
　芯棒１２は、空間１１１の中心軸に沿って設けられ、使用時には例えば図２に示すように下部ノズル７２のノズル孔７２１に挿入され、その下部ノズル７２を保持する。
　係止ピン１３は、基体１１の先端部から更に突出するように２箇所に設けられ、クランプ１４は、一方の係止ピン１３の近傍に設けられている。なお、係止ピン１３及びクランプ１４の機能等については後述する。
　保持具１に着脱される保持金枠７５は、その下端側に、係止ピン１３と係合する係合溝７５１と、係止ピン１３が挿入されて係合する係合孔７５２をそれぞれ２箇所に有する。詳細は後述するが、係合溝７５１は下部ノズル７２を取り外すときに係止ピン１３と係合し、係合孔７５２は下部ノズル７２を取り付けるときに係止ピン１３と係合する。すなわち、下部ノズル７２を取り外すときは、係止ピン１３の回転方向の位置にばらつきがあるため干渉しないように、係止ピン１３は溝形状の係合溝７５１と係合させる。一方、下部ノズル７２を取り付けるときは、作業者が保持金枠７５の位置を微調整することができるため、係止ピン１３は孔形状の係合孔７５２と係合させる。なお、図２には、取付け時の状態、すなわち係合孔７５２が係止ピン１３と係合した状態を示している。
　保持金枠７５は下部ノズル７２を保持した状態で、スリーブ金物７４に対してバイヨネット機構によって着脱される。具体的にはバイヨネット機構として、保持金枠７５はその外周面の３箇所に突起７５３を有し、スリーブ金物７４は突起７５３を嵌め込むための螺旋状の溝７４１を３箇所に有する。
　次に、下部ノズル着脱装置Ａの動作について説明する。最初に下部ノズルを取り外す際の取外し動作について説明する。
　まず、スライディングノズル装置７に設けた撮影基準部であるマーカー（図示省略）に向けて、立体センサ２３のレーザー照射機からレーザーを照射してカメラで撮影し画像処理することでスライディングノズル装置７の基準位置とのズレを計算してスライディングノズル装置７の３次元位置座標を補正する。このスライディングノズル装置７の補正位置を制御部２１に入力することで、ロボットアーム２が動作して、ロボットアーム２に取り付けられた保持具１がスライディングノズル装置７に取り付けられた下部ノズル７２の手前の所定位置まで移動する。なお、図１はこの所定位置まで移動する途中の状態を示している。
　本実施形態において制御部２１は、ロボットアーム２の動作制御により、保持具１を上述の所定位置まで移動させ、その所定位置で一旦停止させた後に、更に下部ノズル７２に向けて前方向に移動させる。これにより、上述の２箇所の係止ピン１３が２箇所の係合溝７５１とそれぞれ係合すると共に、芯棒１２がノズル孔７２１に挿入される。図６Ａ及び図６Ｂには、この状態を斜視図及び縦断面で示している。なお、図６Ａ及び図６Ｂにおいてプレート収納金枠は省略している。以降の図面においても同様である。
　図６Ａ及び図６Ｂの状態から制御部２１は、ロボットアーム２の動作制御により、上述のバイヨネット機構が緩む方向（本実施形態では反時計回り方向）に保持具１を回転させると共に、下部ノズル７２を取り外す方向、すなわち後方向へ保持具１を移動させる。このとき制御部２１は、力センサ３が検出する上述の各反力、並びにロボットアーム２の後方向の動作量及び回転方向の動作量を監視しながらロボットアーム２の動作を制御する。具体的に本実施形態では、力センサ３が検出する上述の各反力がそれぞれ所定の設定値に達することなく、ロボットアーム２の後方向の動作量及び回転方向の動作量が所定のタイミングでそれぞれ所定の設定値に達した場合、下部ノズル７２の取外しが正常に完了したと判断する。図７Ａ及び図７Ｂには、この状態を斜視図及び縦断面で示している。すなわち、この状態ではバイヨネット機構が正常に解除されており、この段階で下部ノズル７２の取外しが完了したと判断することができる。なお、本実施形態において、図６Ａ及び図６Ｂの状態から図７Ａ及び図７Ｂの状態までのロボットアーム２の後方向及び回転方向の動作量は、それぞれ３ｍｍ程度及び２５度程度である。
　その後、制御部２１は、ロボットアーム２の動作制御により保持具１を更に後方向へ移動させ、図８Ａ及び図８Ｂに示しているように下部ノズル７２を保持する保持金枠７５をスリーブ金物７４から取り外す。続いて制御部２１は必要に応じて、ロボットアーム２を例えば上下方向に動作させることにより、下部ノズル７２と下プレート７１との間のシール目地を分離する。そして制御部２１は、ロボットアーム２の動作制御により保持具１を更に後方向へ移動させる。これにより、図９Ａ及び図９Ｂに示すように下部ノズル７２をスリーブ金物７４から抜き取ることができる。更に制御部２１は、ロボットアーム２の動作制御により、保持具１を下方に傾ける。これにより下部ノズル７２のみを落下させ、廃棄することができる。なお、保持具１を下方に傾ける際、上述のクランプ１４を作動させることで、係止ピン１３と係合溝７５１とを確実に係合させることができる。これにより、保持具１を下方に傾けたときに保持金枠７５は落下することなく、下部ノズル７２のみが確実に落下する。
　他方で制御部２１は、下部ノズル７２の取外しの際、力センサ３が検出する上述の各反力の少なくとも一方が所定のタイミングで所定の設定値に達した場合、取外し異常と判断してロボットアーム２の動作を停止する。すなわち、力センサ３が検出する各反力の少なくとも一方が所定の設定値に達したということは、上述のバイヨネット機構における摩擦抵抗が増大するなどして、バイヨネット機構が緩みにくくなっているということであり、そのまま取外し動作を継続すると、保持具１やロボットアーム２等の損傷を招くおそれがある。したがって本実施形態において制御部２１は、力センサ３が検出する各反力の少なくとも一方が所定の設定値に達した場合、取外し異常と判断してロボットアーム２の動作を停止する。なお、制御部２１はロボットアーム２の動作を停止した後、ロボットアーム２を一旦逆方向に動作させ、その後、上述の取外し動作を再開することもできる。
　次に、下部ノズルを取り付ける際の取付け動作について説明する。
　まず、ロボットアーム２の先端に取り付けた保持具１に、下部ノズル７２を保持した保持金枠７５を取り付ける。具体的に本実施形態では、保持金枠７５の係合孔７５２に保持具１の係止ピン１３を挿入することで、下部ノズル７２を保持した保持金枠７５を保持具１に取り付ける。図１０Ａ及び図１０Ｂには、この状態を斜視図及び縦断面で示している。なお、上述の、保持具１に下部ノズル７２を保持した保持金枠７５を取り付ける作業は、作業者が行うことができる。またこのとき、下部ノズル７２の上端面にシール目地材を塗布又は設置することができる。
　続いて、上述の取外し動作のときと同様に、スライディングノズル装置７に設けた撮影基準部であるマーカー（図示省略）に向けて、立体センサ２３のレーザー照射機からレーザーを照射してカメラで撮影し画像処理することでスライディングノズル装置７の基準位置とのズレを計算してスライディングノズル装置７の３次元位置座標を補正する。このスライディングノズル装置７の補正位置を制御部２１に入力することで、ロボットアーム２が動作して、保持具１に取り付けられた保持金枠７５及び下部ノズルが、スライディングノズル装置７に固定されているスリーブ金物７４の手前の所定位置まで移動する。
　本実施形態において制御部２１は、ロボットアーム２の動作制御により、保持具１を上述の所定位置まで移動させ、その所定位置で一旦停止させた後に、更にスリーブ金物７４に向けて前方向に移動させる。これにより、下部ノズル７２の上端面（シール目地材）が下プレート７１に接触すると共に保持金枠７５の突起７５３がスリーブ金物７４の溝７４１に嵌まり込み、バイヨネット機構が構成可能な位置となる。図１１Ａ及び図１１Ｂには、この状態を斜視図及び縦断面で示している。
　この状態から制御部２１は、ロボットアーム２の動作制御により、上述のバイヨネット機構が締まる方向（本実施形態では時計回り方向）に保持具１を回転させると共に、下部ノズル７２を取り付ける方向、すなわち前方向へ保持具１を移動させる。このとき制御部２１は、力センサ３が検出する上述の各反力、並びにロボットアーム２の前方向の動作量及び回転方向の動作量を監視しながらロボットアーム２の動作を制御する。具体的に本実施形態では、力センサ３が検出する上述の各反力が所定のタイミングでそれぞれの所定の設定値に達し、かつロボットアーム２の前方向の動作量及び回転方向の動作量がそれぞれ所定の設定値に達した場合、下部ノズル７２の取付けが正常に完了したと判断する。図１２Ａ及び図１２Ｂには、この状態を斜視図及び縦断面で示している。
　その後、制御部２１はロボットアーム２の動作制御により、保持具１を後方向に移動させる。これにより、保持具１の係止ピン１３が保持金枠７５の係合孔７５２から外れ、保持具１のみが後方向に移動する。
　他方で制御部２１は、下部ノズル７２の取付けの際、力センサ３が検出する上述の各反力の少なくとも一方が所定のタイミングで所定の設定値に達した時点で、ロボットアームの前方向の動作量及び回転方向の動作量の少なくとも一方が所定の設定値に達していない場合、取付け異常と判断してロボットアーム２の動作を停止する。すなわち、この場合は、上述のバイヨネット機構における摩擦抵抗が増大するなどしてバイヨネット機構が締まりにくくなっているということであり、そのまま取付け動作を継続すると、保持具１やロボットアーム２等の損傷を招くおそれがある。したがって本実施形態において制御部２１は、力センサ３が検出する各反力の少なくとも一方が所定の設定値に達した時点で、ロボットアームの前方向の動作量及び回転方向の動作量の少なくとも一方が所定の設定値に達していない場合、取付け異常と判断してロボットアーム２の動作を停止する。なお、制御部２１はロボットアーム２の動作を停止した後、ロボットアーム２を一旦逆方向に動作させ、その後、上述の取付け動作を再開することもできる。
　以上の通り本実施形態において制御部２１は、力センサ３が検出する上述の各反力、並びにロボットアーム２の前後方向の動作量及び回転方向の動作量を監視しながらロボットアーム２の動作を制御することにより下部ノズルの着脱を実行する。これにより、下部ノズル７２の着脱を確実に行うことができる。
　Ａ　下部ノズル着脱装置
　１　保持具
　１１　基体
　１１１　空間
　１２　芯棒
　１３　係止ピン
　１４　クランプ
　２　ロボットアーム
　２１　制御部
　２２　架台
　２３　立体センサ
　３　力センサ
　４　取鍋
　４１　取鍋の底
　５　床
　６　取鍋受部
　７　スライディングノズル装置
　７１　下プレート
　７２　下部ノズル
　７２１　ノズル孔
　７３　プレート収納金枠
　７４　スリーブ金物
　７４１　溝
　７５　保持金枠
　７５１　係合溝
　７５２　係合孔
　７５３　突起

Claims (5)

  1. 　スライディングノズル装置に装着されている耐火物製の下プレートに対して、耐火物製の下部ノズルを着脱するための下部ノズル着脱装置であって、
    　前記下部ノズルを保持する保持金枠に着脱可能な保持具、この保持具を先端に有するロボットアーム、このロボットアームの動作に伴い前記保持具が前記保持金枠より受ける前後方向の反力及び回転方向の反力を検出する力センサ、並びに前記ロボットアームの動作を監視し制御する制御部を含み、
    　前記制御部は、前記力センサが検出する各反力、並びに前記ロボットアームの前後方向の動作量及び回転方向の動作量を監視しながら当該ロボットアームの動作を制御することにより下部ノズルの着脱を実行する、下部ノズル着脱装置。
  2. 　前記制御部は、前記下部ノズルの取外しの際に前記力センサが検出する各反力がそれぞれ所定の設定値に達することなく、前記ロボットアームの後方向の動作量及び回転方向の動作量がそれぞれ所定の設定値に達した場合、当該下部ノズルの取外しが正常に完了したと判断する、請求項１に記載の下部ノズル着脱装置。
  3. 　前記制御部は、前記下部ノズルの取外しの際に前記力センサが検出する各反力の少なくとも一方が所定の設定値に達した場合、取外し異常と判断して前記ロボットアームの動作を停止する、請求項２に記載の下部ノズル着脱装置。
  4. 　前記制御部は、前記下部ノズルの取付けの際に前記力センサが検出する各反力がそれぞれの所定の設定値に達し、かつ前記ロボットアームの前方向の動作量及び回転方向の動作量がそれぞれ所定の設定値に達した場合、当該下部ノズルの取外しが正常に完了したと判断する、請求項１に記載の下部ノズル着脱装置。
  5. 　前記制御部は、前記下部ノズルの取付けの際に前記力センサが検出する各反力の少なくとも一方が所定の設定値に達した時点で、前記ロボットアームの前方向の動作量及び回転方向の動作量の少なくとも一方が所定の設定値に達していない場合、取付け異常と判断して前記ロボットアームの動作を停止する、請求項４に記載の下部ノズル着脱装置。
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