CN105817712B - 刮研加工装置和刮研加工方法 - Google Patents

刮研加工装置和刮研加工方法 Download PDF

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Abstract

提供一种旨在实现利用机器人进行的刮研加工的自动化来大幅降低作业者的负担的刮研加工装置和刮研加工方法。刮研加工装置具有把持或保持刮研工具的机器人以及对机器人进行控制的机器人控制装置。机器人为(6轴的)多关节机器人，具有机器人臂和安装于机器人臂的前端的机器人手，刮研工具被机器人手把持或保持。刮研工具具有使刮研工具的刀尖高速振动的振动器，机器人手把持刀尖高速振动的刮研工具。

Description

刮研加工装置和刮研加工方法
技术领域
本发明涉及一种用于使用机器人来进行刮研加工的装置和方法。
背景技术
在作为对于机械装置的滑动面、引导面等的精密加工来进行刮研加工的情况下，以往在被加工面上涂上红丹(铅丹)、颜料，作业者一边观察颜色的差异一边使用刮研工具来通过手工作业进行刮研加工。
这种作业单调且是重体力劳动，因此尝试了使用机器人来自动地进行刮研加工。例如在日本特开平05-123921号公报中记载了以下技术：带有颜色差异地显示被加工物的加工面的凹凸，通过加工用机器人来测定被加工物的加工面的位置和倾斜以及拍摄带有颜色差异地显示了凹凸的加工面，用控制机构来判别并存储应该进行刮研加工的突出部，基于该判别通过控制机构使加工用机器人工作来进行刮研加工。
另外，作为使用机器人来进行刮研加工的其它周知技术的例子，在日本特开2010-240809号公报中记载了以下的自动刮研装置：将刮研工具安装于机器人的手装卸部，使该刮研工具动作来对被加工物的加工面进行刮研加工。
日本特开平05-123921号公报所记载的技术虽然在机器人上安装刮研工具来实现刮研加工的自动化，但是即使将通常的刮研工具安装于机器人，也难以进行期望的刮研加工。更具体地来说，存在如下情况：由于在刮研加工中刮研工具所受到的反作用力等，机器人手不能完全把持住刮研工具而工具发生滑动，从而无法进行适当的加工。
另一方面，在日本特开2010-240809号公报中虽然记载了基于标记部的形状来改变刮研工具的切入角度从而抑制切削量下降，但是不仅机器人的控制变得困难，而且即使在该情况下也存在工具滑动的可能性。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种旨在实现利用机器人进行的刮研加工的自动化来大幅降低作业者的负担的刮研加工装置和刮研加工方法。
为了达成所述目的，本发明的一个方式提供一种刮研加工装置，该刮研加工装置用于进行金属面的刮研加工，具有：刮研工具，其具备通过振动器进行振动的刀尖；以及机器人，其构成为把持所述刮研工具。
在优选的实施方式中，能够将对所述金属面进行拍摄的照相机安装于所述机器人，对通过所述照相机得到的图像进行处理，来检测所述金属面的位置和姿势以及所述金属面上的凹凸部分的位置，基于该检测结果进行刮研加工。
在该情况下，也可以构成为：通过安装于所述机器人的臂的前端的自动装卸装置，所述照相机与所述刮研工具能够进行交换。
在优选的实施方式中，所述机器人具有力传感器，该力传感器检测在刮研加工时所述刮研工具所受到的反作用力。
在优选的实施方式中，刮研加工装置还具有虚拟装置，该虚拟装置具有显示具备所述金属面的被加工物的虚拟模型的显示画面，基于被加工物的加工部位的信息来生成测量动作程序，该测量动作程序用于通过安装于所述机器人的照相机来测量该加工部位。
本发明的其它方式提供一种刮研加工方法，该刮研加工方法用于进行金属面的刮研加工，包括：通过机器人来把持具备通过振动器进行振动的刀尖的刮研工具；以及使所述机器人进行动作来进行所述金属面的刮研加工。
在所述加工方法中，能够对使用安装于所述机器人的照相机拍摄所述金属面所得到的图像进行处理，来检测所述金属面的位置和姿势以及所述金属面上的凹凸部分的位置，基于该检测结果进行刮研加工。
附图说明
通过参照附图来对以下的优选的实施方式进行说明，本发明的上述或其它目的、特征以及优点会变得更明确。
图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的刮研加工装置的概要图。
图2是表示使用了第一实施方式所涉及的刮研加工装置的刮研加工的流程的流程图。
图3是表示本发明的第二实施方式所涉及的刮研加工装置的概要图，是表示在自动装卸装置上安装有照相机的例子的图。
图4是表示本发明的第二实施方式所涉及的刮研加工装置的概要图，是表示在自动装卸装置上安装有刮研工具的例子的图。
图5是表示使用了第二实施方式所涉及的刮研加工装置的刮研加工的流程的流程图。
图6是表示本发明的第三实施方式所涉及的刮研加工装置的概要图。
图7是表示使用了第三实施方式所涉及的刮研加工装置的刮研加工的流程的流程图。
具体实施方式
图1是将本发明的第一实施方式所涉及的刮研加工装置与作为加工对象的工件10一起概要性地示出的图。刮研加工装置具有把持或保持刮研工具12的机器人14以及对机器人14进行控制的机器人控制装置15。在图示的例子中，机器人14为(6轴的)多关节机器人，具有机器人臂16和安装在机器人臂16的前端的机器人手18，刮研工具12被机器人手18把持或保持。工件10例如是机床的床身、研磨平板，具有作为刮研加工的对象的被加工面(金属面)20。即，刮研加工装置构成为：使用机器人14所把持的刮研工具12来对具有微小的凹凸的被加工面20进行刮研加工。
机器人14也可以具有用于测量工件10的位置和姿势、被加工面的凹凸部分的位置、形状的测量装置(在图示的例子中为照相机)24，这可以是任意的，在图1的例子中照相机24安装于机器人臂16的前端(机器人手18)。另一方面，机器人控制装置15具有：对通过照相机24得到的拍摄图像进行处理来检测工件10的位置、被加工面20的凹凸的功能(检测处理部)；存储该检测结果的功能(存储部)；以及控制对机器人14的各轴进行驱动的伺服电动机(未图示)的功能(控制部)。因而，通过利用照相机24对工件10进行拍摄，能够检测出工件10的位置和姿势、被加工面20的凹凸部分的位置、以及被加工面20的凹凸部分的形状，其结果，也能够检测出刮研加工的对象(凸起部分)的位置和形状。
刮研工具12具有使刮研工具12的刀尖22高速振动的振动器(vibrator)26，机器人手18把持刀尖22高速振动的刮研工具12。振动器26与机器人手18、机器人臂16分开设置，是用于使刮研工具12的刀尖22高速振动的单元，例如能够使用安装于刮研工具12的超声波振子、振动马达、压电元件等。另外，此处的“高速”根据被加工面20的物理性质、刮研工具12的形状等而不同，例如是指100Hz以上、300Hz以上、500Hz以上、1kHz以上或10kHz以上的频率。
机器人14只要具备以下功能、即在把持具备通过振动器26而高速振动的刀尖22的刮研工具12来进行刮研加工时以规定的力将刮研工具12的刀尖22按压至工件10的被加工面20的功能即可，因此机器人14无需使刮研工具12沿着被加工面20滑动。因而，不会有大的反作用力作用于机器人手18，即使在机器人的刚度比较低的情况下，也不存在发生机器人手18与被把持的刮研工具12之间的位置偏移的担忧，从而能够进行精确的刮研加工。
接着，参照图2的流程图来说明使用了第一实施方式所涉及的刮研加工装置的刮研加工的流程。首先，对通过安装于机器人14的照相机24拍摄工件10(被加工面20)所得到的图像进行处理来检测工件10(被加工面20)的位置和姿势(步骤S11)，进一步检测被加工面20上的凹凸部分的位置(步骤S12)。此外，在使用照相机24检测被加工面20的凹凸部分的位置、形状的情况下，虽然无需像以往那样在凸部涂布红丹等，但也能够涂布红丹等以使得更容易地进行图像处理。
接着，基于照相机24的检测结果来生成用于通过机器人14进行刮研加工的加工程序(步骤S13)，通过执行该加工程序来进行刮研加工(步骤S14)。此外，关于加工程序的生成，能够由机器人控制装置15来进行，但也可以使用另外的程序生成单元。
通过使用照相机24等测量装置来检测被加工面的凹凸，用于刮研加工的机器人的示教变得简单，刮研加工的自动化变得更加容易。此外，在上述的步骤S12中，也可以是通过照相机24不仅检测被加工面20的凹凸部分的位置，还检测该凹凸部分的形状，由此能够进行更高精度的刮研加工。另外，还可以将对在刮研加工时刮研工具12所受到的反作用力进行检测的力传感器28设置于机器人14，在该情况下，在步骤S14中能够将对被加工面20的凸起部分的加工进行到没有反作用力为止，从而能够进行高效的刮研加工。
图3和图4是概要性地表示本发明的第二实施方式所涉及的刮研加工装置的图。在第二实施方式中，机器人14具有构成为能够将照相机24和刮研工具12中的任一方自动地装卸(交换)的自动装卸装置30，在这点上与第一实施方式不同，其它结构要素可以与第一实施方式相同。因而，在图3中，对于与第一实施方式相同的结构要素标注相同的参照标记并省略详细的说明。
作为自动装卸装置30，例如能够使用公知的工具交换装置(tool changer)等，自动装卸装置30安装于机器人手18，构成为能够将照相机24和刮研工具12交替地自动装卸。此外，图3示出了在自动装卸装置30上安装有照相机24的状态，图4示出了在自动装卸装置30上安装有刮研工具12的状态。另一方面，机器人控制装置15具有生成安装指令的功能(安装指令生成部)，该安装指令表示选择照相机24和刮研工具12中的某一个并将其安装于自动装卸装置30。
接着，参照图5的流程图来说明使用了第二实施方式所涉及的刮研加工装置的刮研加工的流程。首先，如图3所示，将照相机24安装于机器人臂16的前端(自动装卸装置30)(步骤S21)。接着，与图2的步骤S11和S12同样地，对通过照相机24拍摄工件10(被加工面20)所得到的图像进行处理来检测工件10的位置和姿势(步骤S22)，进一步检测被加工面20上的凹凸部分的位置(步骤S23)。
在接下来的步骤S24中，与图2的步骤S13同样地，基于照相机24的检测结果来生成用于通过机器人14进行刮研加工的加工程序。接着，从机器人臂16的前端(自动装卸装置30)取下照相机24，代之安装刮研工具12(步骤S25)。最后，通过执行所生成的加工程序来进行刮研加工(步骤S26)。此外，关于加工程序的生成，能够由机器人控制装置15来进行，但也可以使用另外的程序生成单元。
此外，在上述的步骤S23中，也可以是通过照相机24不仅检测被加工面20的凹凸部分的位置，还检测该凹凸部分的形状。由此，能够进行更高精度的刮研加工。另外，还可以将对在刮研加工时刮研工具12所受到的反作用力进行检测的力传感器28设置于机器人14，在该情况下，在步骤S26中能够将对被加工面20的凸起部分的加工进行到没有反作用力为止，从而能够进行高精度的刮研加工。
图6是概要性地表示本发明的第三实施方式所涉及的刮研加工装置的图。在第三实施方式中，能够使用虚拟装置来以离线方式生成加工程序，在这点上与第二实施方式不同，其它的结构要素可以与第二实施方式相同。因而，在图6中，对于与第二实施方式相同的结构要素标注相同的参照标记并省略详细的说明。
如图6所示，机器人14以有线或无线的方式连接于具备显示画面32的虚拟装置(例如个人计算机)34，虚拟装置34能够进行后述的机器人14和工件10的虚拟模型的显示、加工部位的指定、测量动作程序的生成、加工程序的生成等。
接着，参照图7的流程图来说明使用了第三实施方式所涉及的刮研加工装置的刮研加工的流程。首先，如图6所示，在虚拟装置34的显示画面32(虚拟空间)上显示(配置)机器人14和工件10的虚拟模型(例如三维CAD模型)(步骤S31)。接着，指定应该由机器人14进行刮研加工的加工部位(在此为工件10的被加工面20)(步骤S32)。此外，关于步骤S31和S32的处理，既可以基于作业者从虚拟装置34的接口等进行的输入来进行，也可以基于规定的算法由虚拟装置34自动地进行。
在接下来的步骤S33中，基于在步骤S32中指定的加工部位的信息等来生成测量动作程序，该测量动作程序用于通过安装于机器人14(的自动装卸装置30)的照相机24来测量该加工部位。虚拟装置34能够自动地进行该处理。
接着，与图5的步骤S21～S23同样地，将照相机24安装于机器人臂16的前端(自动装卸装置30)(步骤S34)，对通过照相机24拍摄工件10(被加工面20)所得到的图像进行处理来检测工件10的位置和姿势(步骤S35)，进一步检测被加工面20上的凹凸部分的位置(步骤S36)。
在接下来的步骤S37中，与图5的步骤S24同样地，基于照相机24的检测结果来生成用于通过机器人14进行刮研加工的加工程序。接着，与图5的步骤S25和S26同样地，从机器人臂16的前端(自动装卸装置30)取下照相机24，代之安装刮研工具12(步骤S38)。最后，通过执行所生成的加工程序来进行刮研加工(步骤S39)。此外，在图7的处理中，虚拟装置34(离线地)进行步骤S31～S37的处理，机器人的实机进行步骤S38和S39的处理。
此外，在上述的步骤S36中，也可以是通过照相机24不仅检测被加工面20的凹凸部分的位置，还检测该凹凸部分的形状。由此，能够进行更高精度的刮研加工。另外，还可以将对在刮研加工时刮研工具12所受到的反作用力进行检测的力传感器28设置于机器人14，在该情况下，在步骤S39中能够将对被加工面20的凸起部分的加工进行到没有反作用力为止，从而能够进行高精度的刮研加工。
能够对上述的实施方式进行适当的修正、变更。例如，第三实施方式是在第二实施方式中追加了虚拟装置的结构，但也能够是在第一实施方式中追加了虚拟装置的结构。
根据本发明，机器人在进行刮研加工时只要把持通过振动器进行振动的刮研工具并将刮研工具按压至金属面即可，因此能够进行稳定的刮研加工，进而能够实现利用机器人进行的刮研加工的自动化来大大减轻作业者的负担。

Claims (3)

1.一种刮研加工装置，用于进行金属面的刮研加工，该刮研加工装置具有：
刮研工具，其具备通过振动器进行振动的刀尖；以及
机器人，其构成为把持所述刮研工具，
所述机器人具有力传感器，该力传感器检测在刮研加工时所述刮研工具所受到的反作用力，
所述刮研加工装置构成为：将对所述金属面进行拍摄的照相机安装于所述机器人，对通过所述照相机得到的图像进行处理，来检测所述金属面的位置和姿势以及所述金属面上的凹凸部分的位置，基于检测结果进行刮研加工，
所述刮研加工装置进行刮研加工直到所述力传感器检测不到所述反作用力为止，
该刮研加工装置还具有虚拟装置，该虚拟装置具有显示具备所述金属面的被加工物的虚拟模型的显示画面，基于被加工物的加工部位的信息来生成测量动作程序，该测量动作程序用于通过安装于所述机器人的照相机来测量该加工部位。
2.根据权利要求1所述的刮研加工装置，其特征在于，
所述刮研加工装置构成为：通过安装于所述机器人的臂的前端的自动装卸装置，所述照相机与所述刮研工具能够进行交换。
3.一种刮研加工方法，用于进行金属面的刮研加工，包括：
通过机器人来把持具备通过振动器进行振动的刀尖的刮研工具；以及
使所述机器人动作来进行所述金属面的刮研加工，
其中，所述机器人具有力传感器，该力传感器检测在刮研加工时所述刮研工具所受到的反作用力，
对使用安装于所述机器人的照相机拍摄所述金属面所得到的图像进行处理，来检测所述金属面的位置和姿势以及所述金属面上的凹凸部分的位置，基于检测结果进行刮研加工，直到所述力传感器检测不到所述反作用力为止，
所述刮研加工方法还包括显示具备所述金属面的被加工物的虚拟模型的显示画面，基于被加工物的加工部位的信息来生成测量动作程序，该测量动作程序用于通过安装于所述机器人的照相机来测量该加工部位。
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