CN100509280C - 精加工装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可减少无用的去除飞边动作，并可防止被加工工件切削过量的精加工装置。相对于被加工工件的飞边去除表面，用力的控制来按压加工刀具，然后仿形该表面、求出表面形状的位置数据。再有，相对于该位置数据修正由机器人的挠曲所产生的误差。将所得位置数据与从CAD得到的飞边去除表面形状的目标形状比较。求出表面形状的法线方向的偏差。根据偏差的起始位置和终止位置及该偏差的尺寸来求出飞边的发生起始位置和终止位置、及其高度。做成并执行由连接飞边的终止位置和起始位置的路径及去除飞边的切削路径构成的加工程序。由于求出了飞边位置并移动到该飞边位置以去除其飞边，所以可高效率地进行去除飞边。

Description

精加工装置
技术领域
本发明涉及用机器人来去除机械零件等的被加工工件表面上的飞边的精加工装置。
背景技术
去除机械产品等的被加工工件上的飞边的方法有公知的使用机器人来自动去除飞边的方法。在将被加工工件固定到规定位置的状态下，将去除飞边用的加工刀具安装于机器人上。然后，使用了利用由弹簧或气压的机械浮动机构或利用软件的压力控制将该加工刀具以规定压力压在被加工工件的切除飞边表面上并使切飞边面移动以去除飞边的方法。此外，还采用了在将去除飞边用加工刀具固定于规定位置的状态下，用机器人把持被加工工件，并用规定压力将被加工工件压在去除飞边用加工刀具上，同时移动被加工工件以从被加工工件去除飞边的方法。
被加工工件上所产生的飞边的尺寸不是一定的，且在每个被加工工件个体上其飞边的产生位置及尺寸也各不相同。在飞边尺寸比较大的情况下，仅通过一次去除飞边用切削动作并不能除尽此类飞边。这时，必须改变去除飞边的深度(进刀量)并进行多次切削动作。以往，在被加工工件上产生较大的飞边的前提下，将进行数次去除飞边动作。在此类情况下，即使对只产生较小飞边的被加工工件也要执行数次去除飞边动作，其结果是进行了无用的动作。
而且，在去除飞边动作中，由于在用规定压力将刀具压向被加工工件的同时进行切削，所以即使是对不需切削的部分刀具也在切削动作中被压在被加工工件上。因此，被加工工件上出现切削过量部分的情况时有发生。
涉及专利文献有日本特开平4—164585和日本特开平6—8130号公报。
发明内容
于是，本发明的目的是提供可减少无用的去除飞边动作，并可防止被加工工件切削过量的精加工装置。
本发明第一方案是一种精加工装置，由安装有加工刀具的机器人对配置于该机器人的外部的被加工工件进行精加工，使得该被加工工件的形状接近于目标形状，配备有：测量作用于所述加工刀具和被加工工件之间的力的力测量单元；使用该力测量单元，在将所述加工刀具用一定的力按压在被加工工件上的同时，仿形该被加工工件的表面的仿形控制单元；从所述仿形控制单元的仿形执行中的所述加工刀具的位置、姿势计算该加工刀具和被加工工件的接触位置并记录该计算结果，由此获得所述被加工工件的表面形状的表面形状获得单元；将由该表面形状获得单元所获得的被加工工件的表面形状和所述目标形状进行比较的比较单元；以及根据该比较单元的比较结果，在控制加工刀具的位置的同时进行加工，使得所述被加工工件接近于所述目标形状的加工单元。
本发明第二方案与第一方案相反，其为由机器人把持被加工工件并将其按压在设于该机器人外部的加工刀具上然后使之移动来进行精加工以使该加工工件的形状接近于目标形状的精加工装置，其它则与本发明第一实施方式相同。
就本发明第三方案而言，所述加工单元根据所述比较单元的比较结果，按照所述仿形控制单元所得到的仿形路径，求出所述被加工工件的初期表面形状和目标形状的差异所存在的飞边的起始位置和终止位置以及飞边高度，所述加工刀具从飞边的终止位置移动到下一个飞边的起始位置，根据飞边的高度和设定切削深度求出用于从飞边的起始位置移动到飞边的终止位置的去除飞边的切削移动图案，根据该切削移动图案做成并执行去除飞边的加工程序。
此外，本发明第四方案为：上述力测量单元是安装于上述机器人上的力传感器，且在上述仿形控制执行中，通过使用该力传感器来进行力的控制，使加工刀具和被加工工件在确实接触的同时进行动作。第五方案为：在上述仿形控制中，由上述力传感器检测出按压方向的力，并根据由该检测出的按压方向的力推定的上述机器人的挠曲量，来修正加工刀具和被加工工件的上述接触位置并记录。再有，第六方案为：将上述加工刀具按压到位置预先已知的物体上并记录该接触位置，并在使用加工刀具一段时间后将加工刀具按压于同一物体上并记录该接触位置，然后将开始使用时的接触位置同使用一段时间后的接触位置比较以求出加工刀具的磨损量，再根据该求出的磨损量来修正加工刀具的长度，求出加工刀具相对于被加工工件的上述接触位置。
在本发明中，通过求出飞边位置并进行加工以除去该飞边位置，可高效率地进行精加工。
本发明的这些及其他目的、特征、优点将通过结合附图对其示范性实施方式进行详细描述而变得更加清楚。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的概要图。
图2是同一实施方式的精加工处理的流程图。
图3是用于切除飞边的切削次数的求法和切除方法的说明图。
图4是本发明的一个实施方式的方框图。
符号说明
1机器人，2机器人的控制装置，3力传感器，4加工刀具，5被加工工件，6飞边
具体实施方式
下面将参照附图来说明本发明的一个实施方式。
图1是本发明的一个实施方式的概要图。在该实施方式中，机械零件等被加工工件5被固定于工作台(图中未示出)的规定位置上，机器人1的臂前端上通过力传感器3而安装有加工刀具4。本发明的精加工装置用该加工刀具4来去除被加工工件5上的飞边6。此外，在图1中，标记2是机器人的控制装置，且通过该控制装置2来控制和运转机器人1。再有，加工刀具4的切削刀刃是旋转形式的，该加工刀具4的驱动控制也通过该控制装置2来进行。
力传感器3检测加工中及仿形下述被加工工件5的表面形状时的加工刀具4的按压力。但是，也可从机器人各轴的马达的电流值来推定加工刀具4的按压力来取代该力传感器3。再有，也可以在将加工刀具4固定于机器人1以外的规定位置，且用机器人1来把持被加工工件5的状态下，用规定压力来将被加工工件5按压于加工刀具4上，并移动被加工工件5。
在进行去除被加工工件5的飞边6的精加工时，在将被加工工件5安装于工作台的规定位置，且将加工刀具4安装于机器人臂前端的状态下，通过使控制装置2执行图2所示精加工处理来开始精加工。再有，如作为本发明的一个实施方式的方框图的图4所示，被加工工件5的目标形状(通过精加工可得的最终形状)23可从CAD数据预先求得并存储于机器人的控制装置2中。此外，对被加工工件5的飞边去除表面进行仿形的移动路径(移动路线)也从目标形状23的CAD数据预先作出并进行示教。还有，在说明图2所示流程图时，适宜参照图4的方框图。
首先，检测被加工工件5的位置(步骤S1)。该被加工工件5的位置检测，用规定位置上配置的视觉传感器的摄像机来拍摄被加工工件5，并由该已拍摄的图像求出被加工工件5的位置和用于被加工工件5的基准位置之间的偏差，这样，可求出被加工工件5的位置姿势。再有，也可在机器人1上安装视觉传感器的摄像机，并使该摄像机定位于规定位置上，且用该摄像机拍摄被加工工件5。
其次，在使加工刀具4的旋转停止的非切削状态下，使用力的控制以将加工刀具4用规定的力按压于被加工工件5的飞边去除表面上，并由控制装置2的仿形控制单元21来仿形被加工工件5的飞边去除表面。在用规定的力将加工刀具4按压于飞边去除表面上时，力传感器3的检测值被提供给仿形控制单元21。通过仿形控制单元21的仿形控制，可得到飞边去除表面的位置数据(步骤S2)。使用步骤S1中求得的被加工工件5的位置与作为基准的被加工工件5的位置之间的偏差来修正所示教的仿形的移动路径(移动路线)，并将沿已修正的仿形的移动路径来仿形飞边去除表面。再有，在没有将仿形的移动路径与目标形状23的CAD数据一同设定存储的情况下，对于被加工工件5的飞边去除表面，也可通过示教形成仿形的移动路径的示教点来设定该仿形的移动路径，并根据已设定的仿形的移动路径来进行仿形动作。
该仿形动作是：在使加工刀具4的旋转停止的状态下，与现有的去除飞边动作相同，使用力的控制，通过加工刀具4给予被加工工件5一定的力的同时加工工件4在示教的移动路径上移动，来仿形被加工工件5的飞边去除表面。用一定的力按压被加工工件5的飞边去除表面并同时移动加工刀具4但不进行切削，所以在飞边6存在的飞边去除表面上的位置上，加工刀具4的前端点(下称TCP)的按压方向(飞边去除表面的法线方向)的位置发生变化。在下面的说明中，将被加工工件5的飞边去除表面设为XY平面。在该平面上不存在飞边的情况下，作为该XY平面的法线方向的Z轴方向的值是定值且不变化。但是，在存在飞边6的情况下，Z轴坐标值发生变化。因此，可测出飞边6的存在位置。
即，驱动机器人1并沿示教的仿形移动路径使加工刀具4移动，同时，按每一规定周期通过机器人的各关节中的马达旋转角来求出TCP的位置，其次，根据机器人的各连接件(リンク)长度、加工刀具4的长度等通过正变换(順変換)求出TCP在直角坐标系(X、Y、Z轴)上的位置，这样，可得到被加工工件5的飞边去除表面的位置数据。此外，如果长时间使用加工刀具14，则由于与工件接触部分逐渐磨损，所以算出的TCP位置因该磨损而变化，从而在获得的表面形状和真实形状之间产生误差。因此，在加工刀具4最初开始使用时，事先将加工刀具按压于位置已知的规定部件50上，并将该接触位置作为基准值进行存储。加工刀具4在经过一段时间的使用后，将加工刀具4用相同的力按压于相同的规定部件50上并求出该接触位置，然后由该接触位置和存储的基准位置求出加工刀具4的磨损量。其次，根据该磨损量修正在从各机器人关节的马达角度等求出的直角坐标系的TCP位置(x，y，z)的正变换中所使用的加工刀具4的长度。
而且，由于将加工刀具4用一定的力按压于被加工工件5上，所以机器人发生挠曲，检测的TCP的位置数据包括该挠曲量。可如下求出该挠曲产生的位置偏移量。
平移方向的挠曲偏移量6(＝Kx·Fx，Ky·Fy，Kz·Fz)可从机器人的弹簧常数K(将X、Y、Z轴方向的机器人的弹簧常数设为Kx、Ky、Kz)和用力传感器3检测出的按压力F(将X、Y、Z轴方向的按压力设为Fx、Fy、Fz)求出。根据该挠曲偏移量6修正步骤S2中求得的表面形状的位置数据，将已修正位置数据作为飞边去除表面形状的位置数据进行存储(步骤S3)。此类处理可通过控制装置2的表面形状获得单元22来进行。
这样，控制装置2的比较单元24将从表面形状获得单元22获得的飞边去除表面形状的位置数据、与对应于预先设定存储的目标形状23的表面形状的CAD数据的目标形状23进行比较。在比较单元24中，在飞边去除表面形状的平面的法线方向(Z轴方向)上，检测出从表面形状获得单元22获得的表面形状的位置数据与目标形状23的位置数据中位置偏差的位置，即飞边位置。首先，将指标i置“0”(步骤S4)，从仿形开始点在仿形方向上读出步骤3中求得的表面形状数据，判断有无数据(步骤5)。由于最初有数据，所以将该位置数据的飞边去除平面(仿形平面)的XY平面位置的z坐标值和对应于该XY平面位置的目标形状23的z轴坐标值进行比较(步骤S6)，如有差异则判断有无位置偏差(步骤S7)。如果没有位置偏差，则回到步骤S5并读出下一个表面形状数据，并同样地比较表面形状数据和目标形状23的数据，判断z轴坐标值上有无偏差，即判断有无飞边6。
而且，当步骤S7中z轴坐标值上有偏移，即判断为存在飞边6时，使这时的飞边去除表面的位置(x，y)作为飞边起始位置与指标i对应并进行存储(步骤S8)。再有，将这时的z轴坐标值在寄存器R(z)中存储(步骤9)。接着，读出下一个表面形状数据，同样地通过比较单元24来比较目标形状23的数据和飞边去除表面的形状数据(步骤S10)，在z轴坐标值不同且有偏差的情况下(步骤S11)，将读出的表面形状数据的z轴坐标值与寄存器R(z)中存储的值进行比较(步骤S12)。而且，当读出的表面形状数据的z轴坐标值大于寄存器R(z)中存储的值时，将该z轴坐标值存入寄存器R(z)(步骤S13)，然后回到步骤S10。再有，如果寄存器R(z)中存储的值大于读出的表面形状数据的z轴坐标值，则不进行寄存器R(z)的改写而回到步骤10。此外，将从飞边去除表面向上的方向设为Z轴正方向。
接下来，在位置偏差继续存在的情况下，循环执行步骤S10～步骤S13的处理，并在寄存器R(z)中存储z轴坐标值的最大值。即，寄存器R(z)中将存储飞边6的最高位置。在步骤S11中，如果检测出没有偏移，则对应于指标i将这时的飞边去除平面的位置(x，y)作为飞边去除终止位置来进行存储，同时存储寄存器R(z)中已存储的z轴坐标值。再有，从该z轴坐标值求出飞边6的高度并算出用于切除该飞边6的切削次数，然后进行存储(步骤S14)。
图3是用于切除该飞边6的切削次数的求法和切除方法的说明图。
飞边6的高度可由寄存器R(z)中已存储的z轴坐标值和目标形状23的z轴坐标值的差△z求出，用预先设定的刀具的可切削深度d除以该飞边6的高度△z，将把小数点以下的数进一位的整数值定为切削次数(△z/d的小数点以下的数进一位的值)。图3中，表示了通过2次切削动作来除去飞边6时的模式。
这样，在对应于指标i存储了飞边发生位置和终止位置及飞边6的高度位置、切削循环次数后，使指标1仅增加1，然后回到步骤S5，进行上述步骤S5以后的处理。
这样，飞边6的起始位置、终止位置、飞边6的高度、切削次数就对应于每个指标i存储。而且，如果在步骤S5中检测出了表面形状位置数据已经没有，且对于表面形状全体的飞边检测结束，则转移到步骤S16。在步骤S16中，从指标I为“0”开始顺次读取飞边起始位置、终止位置及切削次数，并求出到起始位置的进刀路径。再有，在步骤S16中，做成从切削动作的切削起始位置到切削终止位置的切削路径图案，其后，做成从切削终止位置的后退路径，并做成到应对于指标i的下一个值存储的飞边起始位置的进刀路径。下面，只对应于指标i而存储的飞边数完成该操作并做成切削程序(步骤S16)。
再有，在该实施方式中，在得到n次的切削次数时，将第一次的切削深度位置设为比形状平面(目标形状23的z轴坐标值)仅高(n—1)×d的位置。以后的切削可在顺次使切削深度仅增加d的状态下从起始位置进行到终止位置，并形成了包括其退回路径的切削图案。图3中虚线是快进路径，实线意味着切削路径。根据如此做成的切削程序来执行切削动作(步骤S17)。再有，上述步骤S8、S9及步骤S12～S17可由控制装置2的加工单元25来实现。即，加工单元25根据比较单元24的比较结果在控制加工刀具4的位置的同时进行加工使得上述被加工工件5接近上述目标形状。
于是，在上述实施方式中，将被加工工件5固定于规定位置，并将加工刀具4安装于机器人臂前端，然后通过驱动机器人来实现飞边去除操作，反之，也可将加工刀具4固定于规定位置，并用机器人把持被加工工件5，然后通过使被加工工件5相对于加工刀具4相对移动来进行飞边去除。这时，图2所示的处理的步骤S1、S2的处理是：用机器人把持被加工工件5、将机器人移动到规定位置、通过配置于规定位置上的视觉传感器的摄像机来拍摄把持的被加工工件5、求出被加工工件5的把持位置偏差并修正示教的仿形移动路径。除此之外与图2所示处理相同。
虽然已结合实施例对本发明进行了描述和说明，但是本领域技术人员可在不脱离本发明的主旨和范围的情况下进行所述的和不同的改变、省略和增加。

Claims (6)

1.一种精加工装置，由安装有加工刀具(4)的机器人(1)对配置于该机器人(1)的外部的被加工工件(5)进行精加工，使得该被加工工件(5)的形状接近于目标形状，其特征在于，
该精加工装置配备有：测量作用于所述加工刀具(4)和被加工工件(5)之间的力的力测量单元(3)；使用该力测量单元(3)，在将所述加工刀具(4)用一定的力按压在被加工工件(5)上的同时，仿形该被加工工件(5)的表面的仿形控制单元(21)；从所述仿形控制单元(21)的仿形执行中的所述加工刀具(4)的位置、姿势计算该加工刀具(4)和被加工工件(5)的接触位置并记录该计算结果，由此获得所述被加工工件(5)的表面形状的表面形状获得单元(22)；将由该表面形状获得单元(22)所获得的被加工工件(5)的表面形状和所述目标形状进行比较的比较单元(24)；以及根据该比较单元(24)的比较结果，在控制加工刀具(4)的位置的同时进行加工，使得所述被加工工件(5)接近于所述目标形状的加工单元(25)。
2.一种精加工装置，将机器人(1)所把持的被加工工件(5)按压在设于该机器人(1)的外部的加工刀具(4)上后使之移动，并进行精加工使得该被加工工件(5)的形状接近于目标形状，其特征在于，
该精加工装置配备有：测量作用于所述加工刀具(4)和被加工工件(5)之间的力的力测量单元(3)；使用该力测量单元(3)，在将被加工工件(5)的表面用一定的力按压在所述加工刀具(4)上的同时，相对于所述加工刀具(4)仿形该被加工工件(5)的表面的仿形控制单元(21)；从所述仿形控制单元(21)的仿形执行中的所述加工刀具(4)的位置、姿势计算该加工刀具(4)和被加工工件(5)的接触位置并记录该计算结果，由此获得所述被加工工件(5)的表面形状的表面形状获得单元(22)；将由该表面形状获得单元(22)所获得的表面形状和所述目标形状进行比较的比较单元(24)；以及根据该比较单元(24)的比较结果进行加工，使得所述被加工工件(5)接近于所述目标形状的加工单元(25)。
3.根据权利要求1或2所述的精加工装置，其特征在于，
所述加工单元(25)根据所述比较单元(24)的比较结果，按照所述仿形控制单元(21)所得到的仿形路径，求出所述被加工工件(5)的初期表面形状和目标形状的差异所存在的飞边(6)的起始位置和终止位置以及飞边(6)高度，
所述加工刀具(4)从飞边(6)的终止位置移动到下一个飞边(6)的起始位置，根据飞边(6)的高度和设定切削深度求出用于从飞边(6)的起始位置移动到飞边(6)的终止位置的去除飞边(6)的切削移动图案，
根据该切削移动图案做成并执行去除飞边(6)的加工程序。
4.根据权利要求1或2所述的精加工装置，其特征在于，
所述力测量单元(3)是安装于所述机器人(1)上的力传感器(3)，在所述仿形执行中，通过使用该力传感器(3)进行力的控制，加工刀具(4)和被加工工件(5)切实接触并进行动作。
5.根据权利要求4所述的精加工装置，其特征在于，
在所述仿形控制中，由所述力传感器(3)检测出按压方向的力，并根据由该检测出的按压方向的力推定的所述机器人(1)的挠曲量修正加工刀具(4)和被加工工件(5)的所述接触位置并进行记录。
6.根据权利要求1或2所述的精加工装置，其特征在于，
将所述加工刀具(4)按压在预先位置已知的物体(50)上并记录该接触位置，在使用加工刀具(4)一段期间后将其按压在同一物体(50)上并记录该接触位置，通过将开始使用时的接触位置与使用一段期间后的接触位置进行比较求出加工刀具(4)的磨损量，根据该求出的磨损量修正加工刀具(4)的长度，并求出加工刀具(4)相对于被加工工件(5)的所述接触位置。
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