JP2004009228A - 穿孔装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安価に穿孔作業の効率を向上することができるようにした穿孔装置を提供する。
【解決手段】基台２４にドリル２６を移動自在に設け、押圧体２９によってワークＷ１の穿孔位置の周囲を押圧し、押圧体２９の基台２４に対する前後方向の位置を、変位検出器３１ａ，３１ｂによって検出する。またドリル２６の基台２４に対する軸線方向の位置は、送り量検出器３２によって検出する。送り量制御手段３３は変位検出器３１ａ，３１ｂによる押圧体２９の位置と、送り量検出器３２によるドリル２６の位置とに基づいて、ドリル２６のワークＷ１に対する送り量を求め、送り手段２８を制御し、ドリル２６をワークＷ１に対する相対的位置関係に基づく送り量によって動作させる。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、航空機および高速車両などの構体、自動車の車体、ならびに船体の甲殻などに用いられるワークに、高精度で穴開け加工することができる穿孔装置に関する。
【０００２】
本発明において「穴開け加工」とは、被加工物を貫通する孔および被加工物を貫通しない有底のセンタ穴ならびに皿取り面などを形成する切削加工を含むものとし、以下同様とする。
【０００３】
【従来の技術】
図８は、従来の技術の穿孔装置によって孔明け加工されたワークＷを示す斜視図であり、図９は図８に示されるワークＷを切断面線ＩＸ−ＩＸから見た一部の拡大断面図である。近年の航空機の製造分野では、一次構造への複合材の採用が増加している。その代表的な例として、炭素繊維強化プラスチック（略称ＣＦＲＰ）から成る板状の外板１を、アルミニウム合金から成るフレームおよびストリンガ（縦通材）などの長手の骨組み材２に結合する異種材料の組合せ構造パネルがある。この組合せ構造パネルは、外板１と骨組み材２とが多数のファスナによって結合されるため、前記外板１と骨組み材２とを正確に位置決めしたワークＷを、治具（図示せず）に固定し、前記ファスナを挿入するためのファスナ孔３が前記外板１および骨組み材２を貫通して形成されている。
【０００４】
図１０は、穿孔装置４によってファスナ孔３を形成する手順を説明するためのワークＷの一部の拡大断面図であり、図１１はファスナ孔３を形成するために用いられる穿孔装置４の全体を簡略化して示す側面図であり、図１２は多関節ロボット６のアーム７に設けられる穿孔用エンドエフェクタ８を簡略化して示す側面図である。前述したワークＷに穴開け加工する工程では、１枚のワークＷに数百個のファスナ孔３を短時間で正確に形成する必要があるため、穿孔装置４が用いられる。この穿孔装置４は、作業ステージ５に設置された多関節ロボット６と、多関節ロボット６のアーム７の先端部に設けられ、ドリル１１を備える穿孔用エンドエフェクタ８と、この穿孔用エンドエフェクタ８によって穿孔されるワークＷを保持する治具９を有する。
【０００５】
前記ワークＷは、上記のようにＣＦＲＰなどの複合材から成る外板１と、アルミニウム合金から成る骨組み材２とを、たとえば仮止めファスナなどによって仮付けされ、治具９によって所定位置で表面をほぼ鉛直にして支持されている。
【０００６】
このようなワークＷの外板１の素材である複合材と骨組み材２の素材であるアルミニウム合金との穿孔条件を比較すると、複合材では、穿孔装置４の穿孔具であるドリル１１の材質として硬質のダイヤモンドが適し、剥離防止のためにドリル１１の回転は高速であることが好ましい。また、アルミニウム合金に対しては、摩擦熱による溶着防止のため、ドリル１１の回転数には自ずと限界があり、高速回転することは不可能である。
【０００７】
このように穿孔条件の異なる異種材料を手作業で穿孔すると、孔内面粗さが低下するとともに層間剥離が発生し、ファスナ孔３の加工品質にばらつきが生じるという不具合がある。このため、上記ワークＷのような異種材料に対するファスナ孔３の共孔開けには、ロボットによる穿孔装置４が用いられ、予めロボットコントローラまたはティーチングペンダントから穿孔位置を教示し、またエンドエフェクタ制御装置から作業条件を設定して、これらの教示データおよび作業条件に基づいて各穿孔位置にファスナ孔３を自動的に形成している。
【０００８】
このような穿孔装置４は、穿孔時のワークＷからのドリルスラストの反力を受けるため、多関節ロボット６の剛性不足によるアーム７の撓み、およびワークＷの撓みによって、ワークＷおよび穿孔用エンドエフェクタ８間に位置ずれが生じ、教示した位置に対して、正確な位置に高精度で円錐台状の皿取り面１３および直円柱状の軸孔１４を形成することは困難である。この不具合を解決するため、治具９にドリルプレート１５を設け、穿孔用エンドエフェクタ８に前記ドリルプレート１５の嵌合体１６を設けて、ワークＷと穿孔用エンドエフェクタ８との相対的な位置ずれを防止している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の技術では、ワークＷと穿孔用エンドエフェクタ８との相対位置のずれをなくすためにドリルプレート１５および嵌合体１６が用いられるため、これらの製造によるコストの増加が生じるとともに、ドリルプレート１５の嵌合体１６への手作業による着脱作業に手間および時間を要し、穿孔作業の効率が悪いという問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、安価に穿孔作業の効率を向上することができるようにした穿孔装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明は、基台と、
回転軸線まわりに回転駆動され、かつ前記基台に回転軸線と共通な一直線を成す軸線に沿って前進方向および後退方向に移動自在に設けられる穿孔具と、
穿孔具を、前記回転軸線まわりに回転駆動する回転駆動手段と、
穿孔具を、前記基台に対して軸線に沿う前進方向および後退方向に移動させる送り手段と、
穿孔具が、前記回転軸線まわりに回転自在にかつ軸線方向に移動自在に挿入され、前記穿孔具によって穿孔されるべきワークを押圧する押圧体と、
基台に設けられ、押圧体に前記穿孔具の軸線と平行な方向への押圧力を与える押圧力付勢手段と、
押圧体の基台に対する前記軸線方向の位置を検出する押圧位置検出手段と、
穿孔具の基台に対する軸線方向の位置を検出する穿孔位置検出手段と、
押圧位置検出手段による押圧体の位置と、穿孔位置検出手段による穿孔具の位置とに基づいて、穿孔具のワークに対する送り量を求め、この送り量に対応する送り量指令信号によって前記送り手段を制御する送り量制御手段とを含むことを特徴とする穿孔装置である。
【００１２】
本発明に従えば、基台には、穿孔具が、基台に対して前進方向および後退方向に移動自在に設けられる。この穿孔具は、回転駆動手段によって回転軸線まわりに回転駆動されるとともに、送り手段によって前記回転軸線と共通な一直線を成す軸線に沿って前進方向および後退方向に移動される。この穿孔具が穿孔されるべきワークの直前で、前記回転軸線まわりに回転しながら前進方向に移動することによって、前記ワークを穿孔して切削孔を形成し、前記後退方向に移動することによって前記切削孔から離脱させることができる。
【００１３】
前記穿孔具によるワークへの穿孔時において、前記穿孔具は押圧体に挿入されており、この挿入状態で前記回転軸線まわりに回転自在でかつ軸線方向に移動自在である。したがって押圧体は、ワークの穿孔具による穿孔位置の周囲を押圧する。このときのワークに対する押圧力は、前記基台に設けられる押圧力付勢手段によって与えられ、少なくとも前記穿孔具による穿孔中においては、適度の押圧力で前記押圧体がワークを押圧した状態に維持される。
【００１４】
このような押圧体の基台に対する前記軸線方向の位置は、押圧位置検出手段によって検出される。また、前記穿孔具の基台に対する軸線方向の位置は、穿孔位置検出手段によって検出される。送り量制御手段は、前記押圧位置検出手段による押圧体の位置と、穿孔位置検出手段による穿孔具の位置とに基づいて、穿孔具のワークに対する送り量を求め、この送り量に対応する送り量指令信号によって前記送り手段を制御する。
【００１５】
このようにして送り手段による穿孔具のワークに対する送り量が前記送り量制御手段によって制御されるので、穿孔具はワークに対する相対的位置関係に基づく送り量によって動作し、これによって高精度でワークに穴開け加工することができる。また、ワークと穿孔具との相対位置関係を得るために、前記従来の技術のように、手作業によってドリルプレートを嵌合体に装着する必要がないので、複数のワーク毎の穿孔作業の準備に要する時間を短縮し、穿孔作業の効率が向上されるとともに、ドリルプレートおよび嵌合体の製造コストが不要であり、経済性が向上される。
【００１６】
請求項２記載の本発明は、請求項１記載の構成において、前記基台は、多関節ロボットのアームにエンドエフェクタとして設けられることを特徴とする。
【００１７】
本発明に従えば、多関節ロボットのアームに前記基台が設けられるので、前記多関節ロボットに対して、各ワーク毎にティーチングペンダントから穿孔位置を教示し、エンドエフェクタ制御装置から作業条件を設定しておくことによって、穿孔具はアームの移動によって配置された穿孔位置で、上記のようにワーク毎に最適な送り量で穿孔動作し、複数のワークを連続して穿孔し、穿孔作業の効率が格段に向上される。
【００１８】
請求項３記載の本発明は、請求項１または２記載の構成において、前記穿孔具は、先端部に穿孔用切れ刃を有し、シャンク寄りに皿取り用切れ刃を有するドリルであることを特徴とする。
【００１９】
本発明に従えば、先端部に穿孔用切れ刃を有し、シャンク寄りに皿取り用切れ刃を有するドリルを前記穿孔具として用いるので、穿孔具を前進および後退の一往復動作によって、穿孔加工と皿取り加工とを１工程で行なうことができ、これによって穿孔作業の効率が、より一層向上される。
【００２０】
請求項４記載の本発明は、請求項１〜３のうちの１つに記載の構成において、前記押圧力付勢手段は、流体圧シリンダから成ることを特徴とする。
【００２１】
本発明に従えば、流体圧シリンダを前記押圧力付勢手段として用いることによって、流体圧シリンダへの作動流体を圧力制御して、押圧体のワークへの押圧力を、容易かつ正確に設定することができる。これによってワークの剛性などに応じた最適な押圧力によって、前記ワークを押圧体によって押圧することができ、押圧体の押圧によるワークの不所望な撓みの発生が防がれ、より正確にワークの位置を前記押圧位置検出手段によって検出することが可能となり、高精度化を図ることができる。
【００２２】
請求項５記載の本発明は、請求項１〜４のうちの１つに記載の構成において、前記押圧位置検出手段は、押圧体側に固定されるターゲットと、基台側に前記ターゲットに対向して固定され、ターゲットの変位量を電気的に検出する変位センサとを含んで構成されることを特徴とする。
【００２３】
本発明に従えば、前記押圧位置検出手段として、変位センサとターゲットとが用いられ、変位センサによってターゲットの変位量を電気的に検出するので、変位センサよターゲットとの間に、ワークの切削によって発生した微細な切削屑および空中浮遊物などが存在しても、その影響を受けずに前記ターゲットの変位量を検出することができ、高い耐環境性を有する。したがって送り量制御手段が送り手段に穿孔具の送り量を指令するにあたって、前記変位センサによって検出されたターゲットの変位量に基づいて、高精度で前記送り量を演算して求め、穿孔具の前進および後退動作に対して信頼性の高い制御を行なうことができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態の穿孔装置２１を模式的に示す系統図である。本実施の形態の穿孔装置２１は、航空機の機体の外壁として用いられるワークＷ１に、皿取り面を有するファスナ孔を所定の間隔で穿孔して、たとえば＋１０／１０００ｉｎｃｈ〜−５／１０００ｉｎｃｈ程度の高精度で形成するために用いられる。前記ワークＷ１は、前述の図８および図９に示されるワークＷと同様であって、２次曲面状または３次曲面状に湾曲した形状を有し、炭素繊維強化プラスチック（略称ＣＦＲＰ）から成る外板２２と、この外板２２の裏面に仮止めファスナなどによって仮付けされ、複数のフレームおよびストリンガ（縦通材）などの長尺のアルミニウム合金製の骨組み材２３とによって構成される異種材料の組合せパネルである。前記外板２２および骨組み材２３の各フランジ部の厚みＴ１，Ｔ２は、それぞれ２ｍｍ程度である。
【００２５】
前記穿孔装置２１は、基台２４と、穿孔具であるドリル２６と、回転駆動手段２７と、送り手段２８と、押圧体２９と、押圧力付勢手段である一対の複動圧シリンダ３０ａ，３０ｂと、押圧位置検出手段である一対の変位検出器３１ａ，３１ｂと、穿孔位置検出手段である送り量検出器３２と、送り量制御手段３３とを含む。
【００２６】
前記ドリル２６は、回転軸線２５まわりに回転駆動され、かつ前記基台２４に回転軸線２５と共通な一直線を成す軸線に沿って前進方向Ａ１および後退方向Ａ２に移動自在に設けられる。このようなドリル２６は、先端部に穿孔用切刃３６を有するとともに、シャンク寄りに皿取り用切刃３７を有する。このようなドリル２６を用いることによって、ドリル２６の前進方向Ａ１および後退方向Ａ２の一往復動作によって、穿孔加工と皿取り加工とを１工程で行なうことができ、これによって穴開け作業の効率を向上することができる。
【００２７】
図２は、穿孔装置２１の電気的構成を示すブロック図である。前記送り量制御手段３３は、各変位検出器３１ａ，３１ｂによる押圧体２９の位置、したがってその押圧体２９が当接するワークＷ１の穿孔位置と、送り量検出器３２によるドリル２６の位置とに基づいて、ドリル２６のワークＷ１に対する送り量を求め、この送り量に対応する送り量指令信号によって前記送り手段２８を制御し、ドリル２６の軸線方向の移動量を制御するように構成される。
【００２８】
図３は、穿孔装置２１の全体の外観を示す斜視図である。工場内の作業ステージ５５上には、安全柵５６によって作業空間が確保され、この作業空間内には、前記送り量制御手段３３を除く穿孔装置２１の一部を構成する穿孔用エンドエフェクタ５９と、前記ワークＷ１を保持する治具５７とが設けられる。安全柵５６の外側には、前記送り量制御手段３３を含むエンドエフェクタ制御装置５８と、穿孔用エンドエフェクタ５９がアーム６０の先端部に連結される多関節ロボット６１の動作を制御するロボットコントローラ６２とが設けられる。
【００２９】
図４は、穿孔用エンドエフェクタ５９の具体的構成を示す側面図であり、図５は穿孔用エンドエフェクタ５９の平面図であり、図６は図４の左側から見た穿孔用エンドエフェクタ５９の背面図である。なお、図１〜図３に対応する部分には同一の参照符を付す。前記基台２４は、固定基板６５と、この固定基板６５上で前進方向Ａ１および後退方向Ａ２に移動自在な可動基板６６と、固定基板６５の長辺側両側部に複数のボルトによって固定される一対の側板６７，６８と、固定基板６５および各側板６７，６８の短辺側の各一側部に複数のボルトによって固定される端版６９と、各側板６７，６８の上端部に複数のボルトによって固定される天板７０とを有する。端版６９には、多関節ロボット６１のアーム６０の先端部が固定され、このようにして多関節ロボット６１のアーム６０に穿孔用エンドエフェクタ５９が取付けられている。
【００３０】
可動基板６６には、前記ドリル回転用モータ３８が搭載される。固定基板６５の図４において下方に臨む下面には、前記ドリル送り用モータ４０が設けられる。このドリル送り用モータ４０の出力軸にはプーリ７１が固定される。また前記可動基板６６の下面には、ナット４２が固定され、そのねじ軸４１の軸線方向一端部にはプーリ７２が固定される。各プーリ７１，７２には、タイミングベルト７３が巻き掛けられて張架され、ドリル送り用モータ４０の出力軸の回転をねじ軸４１に伝達して、可動基板６６を前進方向Ａ１および後退方向Ａ２に変位させることができる。
【００３１】
回転駆動手段２７は、前記ドリル２６を回転軸線２５まわりに回転駆動するドリル回転用モータ３８と、ドリル回転用モータ３８の出力軸の回転を前記ドリル２６に伝達する回転軸３９とを有する。
【００３２】
前記送り手段２８は、基台２４に固定されるドリル送り用モータ４０と、このドリル送り用モータ４０によって回転駆動されるねじ軸４１と、前記ドリル回転用モータ３８が搭載され、ねじ軸４１が挿通して螺合するボールねじ用ナット４２とを含む。ドリル送り用モータ４０は、ステップモータによって実現されてもよく、あるいは油圧モータによって実現されてもよい。このような送り手段２８によって、ドリル２６を前記回転駆動手段２７とともに、基台２４に対して軸線に沿う前進方向Ａ１および後退方向Ａ２に移動させることができる。
【００３３】
前記押圧体２９は、ドリル２６が前記回転軸線２５まわりに回転自在にかつ軸線方向に移動自在に挿入されるドリル挿通孔４３が形成される円環状の当接部４４と、当接部４４の外周部に連なる円錐台状の先細部４５と、先細部４５に同軸に連なる直円筒状の筒部４６と、筒部４６が垂直に固定され、前記ドリル回転用モータ３８の出力軸またはドリル２６が挿通する透孔４７が形成される移動体４８とを含む。前記当接部４４の当接面４４ａは、ドリル２６の軸線に対して垂直な仮想一平面内に形成される。
【００３４】
このような押圧体２９は、軽量で、容易に変形しないように高い剛性を有し、かつ耐磨耗性および耐腐食性の高い材料、たとえばステンレス合金から成り、前記ドリル２６によって穿孔されるべきワークＷ１の穿孔位置の周囲に、当接部４４の環状の当接面をほぼ全面にわたって当接させて、ワークＷ１の剛性などに応じた最適な押圧力で安定して押圧し、押圧体２９をワークＷ１に接触させた状態に保つことができる。
【００３５】
前記一対の複動空気圧シリンダ３０ａ，３０ｂは、基台２４に設けられ、押圧体２９に前記ドリル２６の軸線と平行な方向への押圧力を与える。各複動空気圧シリンダ３０ａ，３０ｂは、シリンダ本体５０ａ，５０ｂと、ピストン棒５１ａ，５１ｂとを有する。各ピストン棒５１ａ，５１ｂの軸線方向一端部は、前記押圧体２９の移動体４８に固定される。各ピストン棒５１ａ，５１ｂの軸線は、ドリル２６の軸線に平行である。
【００３６】
前記一対の変位検出器３１ａ，３１ｂは、基台２４側に固定される渦電流式変位センサ５２ａ，５２ｂと、この渦電流式変位センサ５２ａ，５２ｂに対向して前記押圧体２９の各ピストン棒５１ａ，５１ｂの軸線方向他端部に垂直に固定され、導電体から成るターゲット５３ａ，５３ｂとを含んで構成される。各渦電流式変位センサ５２ａ，５２ｂは、ターゲット５３ａ，５３ｂまでの距離Ｌａ１，Ｌｂ１を検出し、予め定める初期値からの変位量によって、押圧体２９の基台２４に対する前記軸線方向の位置を検出することができる。
【００３７】
前記送り量検出器３２は、ロータリエンコーダによって実現され、予め定める初期値に対する回転軸３８の回転量の変化に基づいて、ドリル２６の基台２４に対する軸線方向の位置を検出することができる。
【００３８】
図７は、変位検出器３１ａの具体的構成を説明するための図である。なお、各変位検出器３１ａ，３１ｂは、同様に構成されるため、一方の変位検出器３１ａについて説明し、他方の変位検出器３１ｂについては重複を避けて説明を省略する。前記変位検出器３１ａは、渦電流式変位センサ５２ａとターゲット５３ａとによって構成される。渦電流式変位センサ５２ａは、高い周波数の磁界を発生する発振回路８０、および発振および検出用コイルＬとコンデンサＣとを並列に接続したＬＣ共振型の変換回路８１を有する。
【００３９】
コイルＬに高周波の励磁電流を流すと、それに応じて周期的に変化する磁界が発生する。その結果、電磁誘導によって、ターゲットに渦電流が生じ、この渦電流によって生じた高周波の磁界をコイルＬによって検出し、コイルＬのインピーダンスの変化として、ターゲットまでの距離を検出する。すなわち、励磁電磁波の周波数、ターゲットの導電率、透磁率を一定にすると、コイルＬのインピーダンスはコイルＬとターゲットとの距離だけの関数となるため、インピーダンスを測定すると、コイルＬとターゲットとの間の距離、すなわち押圧体２９の基台２４に対する変位が分かることになる。これによってワークＷ１の基台２４に対する前記軸線方向の位置を検出することができる。
【００４０】
このような渦電流式変位センサ５２ａは、発振周波数を高くとることができ、発振回路の容量成分が小さいので、応答性が高い。また、ターゲット５３ａは強磁性（または良導体）であるほど磁気抵抗が小さく、換言すれば透磁率は大きくなって、磁気回路のインダクタンスを大きく変化させることができ、高い感度を得ることができる。したがってターゲット５３ａは、鉄またはステンレス鋼などのような導電率が高い材料を用いるほど、長い検出距離が得られる。また、ターゲット５３ａの厚みが小さいと、表皮効果によって表面と周囲へ渦電流が集中して多く流れるため、感度を上げることができるが、逆に厚みが大きいと、表皮効果が小さく、発生する逆磁束の発振コイルＬへの影響が少なくなり、検出距離は短くなる。
【００４１】
このような特性を踏まえて、前記渦電流式変位センサ５２ａの発振周波数ならびにターゲット５３ａの材質および厚みは、予め想定されるワークＷ１の撓み、多関節ロボット６１の位置ずれなどに起因する穿孔位置の軸線方向に沿う前後位置のばらつき、および穿孔作業時のワークＷ１と押圧体２９との間の余裕スペースなどを考慮した最大測定距離が得られるように設定されている。
【００４２】
以上のように構成される穿孔装置２１のドリル２６によるワークＷ１への穿孔時において、押圧体２９の基台２４に対する前記軸線方向の位置は、各変位検出器３１ａ，３１ｂによって検出され、また前記ドリル２６の基台２４に対する軸線方向の位置は、送り量検出器３２によって検出される。送り量制御手段３３は、各変位検出器３１ａ，３１ｂによる押圧体２９の位置と、送り量検出器３２によるドリル２６の位置とに基づいて、ドリル２６のワークＷ１に対する送り量を求め、この送り量に対応する送り量指令信号によって前記送り手段２８を制御する。
【００４３】
このようにして送り手段２８によるドリル２６のワークＷ１に対する送り量が前記送り量制御手段３３によって制御されるので、ドリル２６はワークＷ１に対する相対的位置関係に基づく送り量だけ動作し、これによって高精度でワークＷ１に穴開け加工することができる。また、ドリルの振れを抑えてワークＷ１とドリル２６との相対位置関係を得るために、前記従来の技術のように、手作業によってドリルプレートを嵌合体に装着する必要がないので、複数のワークＷ１毎の穿孔作業の準備に要する時間を短縮し、穿孔作業の効率を向上することができる。
【００４４】
さらに、多関節ロボット６１のアーム６０に上記のように穿孔用エンドエフェクタ５９が設けられるので、前記多関節ロボット６１に対して、各ワークＷ１毎に穿孔位置をティーチングペンダントから教示し、エンドエフェクタから作業条件を設定しておくことによって、ドリル２６はアーム５０の移動によって配置された穿孔位置で、各ワークＷ１毎に最適な送り量で穿孔動作し、複数のワークＷ１を連続して穿孔し、穿孔作業の効率を格段に向上することができる。
【００４５】
さらに、複動空気圧シリンダ３０ａ，３０ｂを押圧体２９に押圧力を付勢するための手段として用いることによって、各複動空気圧シリンダ３０ａ，３０ｂへの空気圧を圧力制御して、押圧体２９のワークＷ１への押圧力を、容易かつ正確に設定することができる。これによってワークＷ１の剛性などに応じた最適な押圧力によって、前記ワークＷ１を押圧体２９によって押圧することができ、押圧体２９の押圧によるワークＷ１の不所望な撓みの発生が防がれ、より正確にワークＷ１の位置を検出することが可能となり、孔形成の高精度化を図ることができる。
【００４６】
上述の実施の形態では、穿孔具としてドリルが用いられたが、本発明の実施の他の形態では、前記ドリルに代えて他の切削工具、たとえばフライス、エンドミルおよびリーマなどを選択的に用いられてもよい。
【００４７】
本発明の実施のさらに他の形態では、各複動空気圧シリンダ３０ａ，３０ｂは、ピストン棒を押圧体がワークに当接した時点でロックするロック機構を内臓する構成であってもよい。これによって押圧体がワークに当接すると、そのワークの変位を固定して各変位検出器３１ａ，３１ｂによって検出される検出値を一定に維持した状態とし、ドリル２６を送り量検出器３２によって検出された送り量だけに基づいて制御することができる。
【００４８】
本発明の実施のさらに他の形態では、上記の各複動空気圧シリンダ３０ａ，３０ｂに代えて、水圧または油圧を用いる複動流体圧シリンダを用いるようにしてもよい。
【００４９】
本発明の実施のさらに他の形態では、押圧位置検出手段は上記の渦電流式変位センサに限らず、たとえばボビンの中央に１次コイルが巻回され、その上下に対称に互いに逆向きに接続された２つの２次コイルが巻回され、ボビンの中央に鉄芯が上下に移動自在に設けられ、直接鉄心の位置を検出するポテンショメータ（略称ＬＶＤＴ，ｌｉｎｅａｒ　ｖａｒｉａｂｌｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）を用いるようにしてもよい。このＬＶＤＴは、２つの２次コイルが互いに逆向きに接続されているので、鉄芯が中央にあれば２次電圧は０であり、鉄芯がどちらかに変位すれば、２次コイルに誘導される電圧が異なるので、コイルの変位に応じた電圧が差動分として観測され、１次コイルに印加される励磁周波数によって応答速度が決まるため、動的測定も静的測定も可能である。測定範囲は機種によって１０ｃｍ〜１ｍ程度であり、被測定物には鉄芯が付くだけなので被測定系を乱さず、摩擦部分が無く、ヒステリシスも存在しないので、高精度でドリルの位置を測定することができる。
【００５０】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、送り手段による穿孔具のワークに対する送り量が送り量制御手段によって制御されるので、穿孔具はワークに対する相対的位置関係に基づく送り量によって動作し、高精度でワークに穴開け加工することができる。また、ワークと穿孔具との相対位置関係を得るために、前記従来の技術のように、手作業によってドリルプレートを嵌合体に装着する必要がないので、穿孔作業の効率を向上することができるとともに、ドリルプレートおよび嵌合体の製造コストが不要であり、経済性を向上することができる。
【００５１】
請求項２記載の本発明によれば、多関節ロボットのアームに前記基台が設けられるので、前記多関節ロボットに対して、各ワーク毎に穿孔位置をティーチングペンダントから教示し、エンドエフェクタ制御装置から作業条件を設定しておくことによって、穿孔具はアームの移動によって配置された穿孔位置で、上記のようにワーク毎に最適な送り量で穿孔動作し、複数のワークを連続して穿孔し、穿孔作業の効率を格段に向上することができる。
【００５２】
請求項３記載の本発明によれば、先端部に穿孔用切れ刃を有し、シャンク寄りに皿取り用切れ刃を有するドリルを前記穿孔具として用いるので、穿孔具を前進および後退の一往復動作によって、穿孔加工と皿取り加工とを１工程で行なうことができ、穿孔作業の効率をより一層、向上することができる。
【００５３】
請求項４記載の本発明によれば、流体圧シリンダが押圧力付勢手段として用いられるので、流体圧シリンダへの作動流体を圧力制御して、押圧体のワークへの押圧力を、容易かつ正確に設定することができる。これによってワークの剛性などに応じた最適な押圧力によって、前記ワークを押圧体によって押圧することができ、押圧体の押圧によるワークの不所望な撓みの発生が防がれ、より正確にワークの位置を前記押圧位置検出手段によって検出することが可能となり、高精度化を図ることができる。
【００５４】
請求項５記載の本発明によれば、前記押圧位置検出手段として変位センサによってターゲットまでの距離を電気的に測定してドリルの位置が検出されるので、変位センサとターゲットとの間などに存在する微細な切削屑および空中浮遊物などの影響を受けにくく、高精度でドリルの送り量を演算して求め、穿孔具の前進および後退動作に対して信頼性の高い制御を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の穿孔装置２１を模式的に示す系統図である。
【図２】穿孔装置２１の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】穿孔装置２１の全体の外観を示す斜視図である。
【図４】穿孔用エンドエフェクタ５９の具体的構成を示す側面図である。
【図５】穿孔用エンドエフェクタ５９の平面図である。
【図６】図４の左側から見た穿孔用エンドエフェクタ５９の背面図である。
【図７】押圧位置検出手段の構成を説明するための図である。
【図８】従来の技術の穿孔装置によって孔明け加工されたワークＷを示す斜視図である。
【図９】図８に示されるワークＷを切断面線ＩＸ−ＩＸから見た一部の拡大断面図である。
【図１０】穿孔装置４によってファスナ孔３を形成する手順を説明するための拡大断面図である。
【図１１】ファスナ孔３を形成するために用いられる穿孔装置４の全体を簡略化して示す側面図である。
【図１２】多関節ロボット６のアーム７に設けられる穿孔用エンドエフェクタ８を簡略化して示す側面図である。
【符号の説明】
２１　穿孔装置
２２　外板
２３　骨組み材
２４　基台
２５　回転軸線
２６　ドリル
２７　回転駆動手段
２８　送り手段
２９　押圧体
３０ａ，３０ｂ　複動空気圧シリンダ
３１ａ，３１ｂ　変位検出器
３２　送り量検出器
３３　送り量制御手段
３６　穿孔用切れ刃
３７　皿取り用切れ刃
３８　ドリル回転用モータ
３９　回転軸
４０　ドリル送り用モータ
４１　ねじ軸
４２　ナット
４３　ドリル挿通孔
４４　当接部
４５　先細部
４６　筒部
５０ａ，５０ｂ　シリンダ本体
５１ａ，５１ｂ　ピストン棒
５２ａ，５２ｂ　渦電流式変位センサ
５３ａ，５３ｂ　ターゲット
５９　穿孔用エンドエフェクタ
６０　アーム
６１　多関節ロボット
６２　ロボットコントローラ

Claims (5)

1. 基台と、
   回転軸線まわりに回転駆動され、かつ前記基台に回転軸線と共通な一直線を成す軸線に沿って前進方向および後退方向に移動自在に設けられる穿孔具と、
   穿孔具を、前記回転軸線まわりに回転駆動する回転駆動手段と、
   穿孔具を、前記基台に対して軸線に沿う前進方向および後退方向に移動させる送り手段と、
   穿孔具が、前記回転軸線まわりに回転自在にかつ軸線方向に移動自在に挿入され、前記穿孔具によって穿孔されるべきワークを押圧する押圧体と、
   基台に設けられ、押圧体に前記穿孔具の軸線と平行な方向への押圧力を与える押圧力付勢手段と、
   押圧体の基台に対する前記軸線方向の位置を検出する押圧位置検出手段と、
   穿孔具の基台に対する軸線方向の位置を検出する穿孔位置検出手段と、
   押圧位置検出手段による押圧体の位置と、穿孔位置検出手段による穿孔具の位置とに基づいて、穿孔具のワークに対する送り量を求め、この送り量に対応する送り量指令信号によって前記送り手段を制御する送り量制御手段とを含むことを特徴とする穿孔装置。
2. 前記基台は、多関節ロボットのアームにエンドエフェクタとして設けられることを特徴とする請求項１記載の穿孔装置。
3. 前記穿孔具は、先端部に穿孔用切れ刃を有し、シャンク寄りに皿取り用切れ刃を有するドリルであることを特徴とする請求項１または２記載の穿孔装置。
4. 前記押圧力付勢手段は、流体圧シリンダから成ることを特徴とする請求項１〜３のうちの１つに記載の穿孔装置。
5. 前記押圧位置検出手段は、押圧体側に固定されるターゲットと、基台側に前記ターゲットに対向して固定され、ターゲットの変位を電気的に検出する変位センサとを含んで構成されることを特徴とする請求項１〜４のうちの１つに記載の穿孔装置。

Images