JP2004050300A

JP2004050300A - 大型ワーク自動仕上げ方法および装置

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Publication number: JP2004050300A
Application number: JP2002207025A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Hanawa; 塙　裕樹; Masahiro Shimada; 嶋田　昌洋; Takahisa Iizuka; 飯塚　隆久; Yasuo Nakano; 中野　康夫; Shigeru Nakayama; 中山　繁; Masamichi Yamaguchi; 山口　正道; Mitsuru Mizuno; 水野　充; Akira Yamada; 山田　暁
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-07-16
Filing date: 2002-07-16
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2022-07-16
Also published as: JP3685776B2

Abstract

【課題】タービン翼など大型で複雑な形状を有するワークに対して、より簡単な装置構成とより簡単な動作制御により高精度な自動仕上げを行う方法およびその方法を実施する装置を提供する。
【解決手段】仕上げ対象ワーク７の断面形状を計測し、計測して得た断面形状とワーク仕上げ形状の設計値との差を算出して必要加工量とし、ワーク表面に存在する必要加工量がワーク表面全体に分散して均等化するようにワークの位置合わせを行うワーク位置調整工程を備え、ワークの最終形状と計測形状の位置合わせを行って得た必要加工量Δの情報から、ワーク７の最終形状輪郭に加工工具３１が一致するように加工具の動作を制御する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面仕上げ方法と装置に関し、特に大型タービン翼など、複雑な曲面形状を有した大型の鋳物製品の仕上げ加工方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、大型タービン翼のような重量が大きく複雑な曲面形状を有するワークの高い精度を要求される仕上げ加工は人手で行われている。人手による仕上げ作業では、ベルト式の仕上げ装置に対しワークの表面を線接触させて仕上げていく方法が多く、研削加工とゲージ合わせによるワークの仕上げ状態確認作業を交互に繰り返し行ってワークを仕上げている。
【０００３】
ワーク仕上げ状態の確認は、基準断面ごとに作成した基準ゲージを使って、研削加工の進み具合に合わせて基準断面ごとにワーク表面を基準ゲージと合わせる作業を何度も繰り返すため、作業時間が長大になっている。
また、基準ゲージと照らし合わせて次の研削加工を調整する必要があり、どの部分にどれだけの仕上げ代があるかを迅速かつ正確に測定し、ワーク位置・姿勢や加工力など最適な研削条件を選定するには相当の熟練を必要とする。
さらに、大型ワークを対象とするときは、作業者の肉体的負担が大きい。
このため、仕上げ作業の自動化が強く求められている。
【０００４】
しかし、大型ワークの仕上げ作業の自動化には、重量の大きいワークと加工工具の間の３次元的な位置決め・姿勢決めを高精度で行わなければならない。特に、凹凸やねじれなど複雑な曲面形状を有するタービン翼を自動仕上げするためには、適度な剛性を持っていて正確に位置決めできかつ加工中に位置変化しないような高度な加工位置決め装置が必要である。また、位置決め機構およびその動作データは複雑であるため高度な動作制御機能と高度な演算機能を備えた演算装置が必要である。
したがって、このような装置を備えた自動化設備を導入するときの製作費用とメンテナンス費用が多大になるので、現状では殆ど実用化されていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、タービン翼など大型で複雑な形状を有するワークに対して、より簡単な装置構成とより簡単な動作制御により高精度な自動仕上げを行う方法およびその方法を実施する装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の自動仕上げ方法は、仕上げ対象ワークの断面形状を計測し、計測して得た断面形状とワーク仕上げ形状の設計値との差を算出して必要加工量とし、ワーク表面に存在する必要加工量がワーク表面全体に分散して均等化するようにワークの位置合わせを行うワーク位置調整工程を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明の自動仕上げ方法によれば、ワークの最終形状となるべき設計形状と計測形状の位置合わせを行って得た必要加工量の情報から、ワークの最終形状表面に加工工具が一致する方向に加工具の動作を制御するので、ワーク位置姿勢と加工具位置調整に関する制御アルゴリズムが単純でしかも状況による変化が少なくなり、加工量や制御量算出の負荷が少なくて済む。
また、加工工具に対するワークの位置と姿勢を加工量が均等化して分布するように調整することができるので、研削加工の繰り返し回数が減少し加工効率が向上する。
【０００８】
ワーク位置調整工程は、設計形状の輪郭上に第１と第２の特徴点を設定し、計測したワーク断面形状の輪郭上に設計形状の第１特徴点と対応する第１の対応特徴点を決めて、計測断面形状の輪郭上に第１対応特徴点から第１特徴点と第２特徴点の距離だけ離れた第２対応特徴点を検出して、第１特徴点を第１対応特徴点と重ね、第１対応特徴点と第２対応特徴点を結ぶ直線が第１特徴点と第２特徴点を結ぶ直線と重なるように配置し、さらにこの直線に垂直の方向に設計形状を移動させて設計形状と計測断面形状の偏差、すなわち計測断面形状の余肉が全周に分散されて均等化する位置に配置するようにすることにより、必要加工量の均等化を行うことができる。
【０００９】
均等化が十分でないときは、第１対応特徴点の位置を計測断面形状の輪郭に沿って適当量移動させてから上記と同様に直線に垂直な方向に設計形状を移動して余肉を均等化させる位置における余肉分散状態を評価し、さらに第１対応特徴点を移動しては余肉分散状態を評価することを繰り返して、余肉が最も平均化する位置を見出すようにすることができる。
なお、余肉の平均は、輪郭の全周にわたる偏差の最小２乗平均値など高級な演算により得ることができるが、偏差の最大値と最小値の差が最小になる点をもって余肉が最も平均化する位置と見なして処理を簡単化しても仕上げ加工に支障をもたらすことはない。
【００１０】
余肉の量を算定するときは設計形状輪郭に対する法線方向に計量することが好ましい。研削工具をワーク表面に対して垂直に押し付けて加工するときには、算定された必要加工量と研削工具の加工方向が一致するからである。ただし、設計形状を適当な間隔を有する平行面として定めたときは、その平面中でワーク断面形状を測定するようにして、設計形状輪郭に対する垂線方向に余肉量を算定すると演算が簡単になる。
本発明の手順を用いることにより、簡単な論理を用いて、迅速に、かついつも同じ手順で必要加工量を均等化することができる。
【００１１】
さらに、仕上げ加工具に所定の方向に逃げられるとともに逃げ量に対応する押し付け力を発生するような逃げ機構を持たせて、加工具が逃げないときの元の位置がワークの仕上げ形状の表面に位置するようにして仕上げ加工を行うようにすることが好ましい。
仕上げ加工具に逃げ機構を備えることにより、加工具を固定してワークの加工面の位置と姿勢を調整するようにすると、たとえば、加工具の逃げる前の位置にワークの最終形状の表面位置を合わせるように動作させればよくなるので、研削加工を繰り返すたびに改めて異なるデータを形成する必要がなく、位置決め装置の動作量データが単純になる。
【００１２】
また、必要加工量が大きいときには押し付け力が大きくなり、必要加工量がゼロの時は押し付け力がゼロになるようにすれば、仕上げ加工具が必要加工量の大きさに応じて押し付け力を付加するので、均等化した必要加工量に大小の差が残っても吸収することができ、また全体が仕上がる前に設計形状に合致する部分ができてもその部分は研削されないため、正しい形状に仕上げることができる。
また、荒研削から最終仕上げ研削まで異なる複数の仕上げを行う場合にも、ワークについて一旦加工位置決め動作量を算出すれば、各々の研削工具に対して比較的簡単な動作量補正を施すことにより、順次それらの仕上げ加工を行うことができ、またこれら複数の仕上げ工程の自動化も容易である。
【００１３】
また、上記仕上げ方法を実施するため、本発明の自動仕上げ装置は、加工位置決め装置と研削装置とワーク形状計測装置とデータ記憶装置と制御装置を備える。このうち、加工位置決め装置はワークを先端に把持し制御装置の指示に従ってワークの位置と姿勢を調整する。また、研削装置はワークの表面に当たって表面の研削加工をする仕上げ工具を先端に備える。この仕上げ工具は所定の方向に移動ができ、仕上げ工具の押し付け力は移動量に応じて調整することができるように構成されている。ワーク形状計測装置はワークの外形形状を計測するもので、データ記憶装置はワークの最終仕上げ形状を記憶するものである。さらに、制御装置はワークの外形形状と最終仕上げ形状を比較して偏差をワーク表面全体にわたって分散させて均等化する位置を探索し、加工位置決め装置に指示してワークの位置と姿勢を調整させる。
【００１４】
加工位置決め装置は、直交３軸と回転３軸の駆動ができればいつでもワーク表面の法線方向から仕上げ工具の作用面が当たるようにワークの位置姿勢を調整することができる。しかし、本発明の装置では、仕上げ工具に対してワーク表面を線接触させることを前提とするため、加工中にワークの軸の回転を行う必要がないので、回転１軸を省略して直交３軸と回転２軸の５自由度を持つようにすることができる。装置の自由度を少なくして動作軸を減らすと装置の剛性が向上するため、各軸の位置決め精度も向上し、かつ装置製作費用およびメンテナンス費用を削減して経済的な装置とすることができる。
【００１５】
研削装置の逃げ機構は、仕上げ工具を支持する部分を搭載した１軸直動機構により構成することができる。１軸直動機構はワーク表面までの距離を変化させる方向に仕上げ工具を移動させる。また、仕上げ工具には押し付け力を測定する力覚センサを付属して移動量のフィードバック制御を行えるようにしてもよい。
仕上げ工具は、研削ベルトであって複数のローラで支持しベルト回転モータでベルトを回転させるようにしたものであってもよい。
また、研削装置を複数設けて、加工位置決め装置によりワークを当てる研削装置を選択できるように構成して、任意の仕上げ状態としたり、荒仕上げから最終仕上げまで順次に仕上げ状態を向上させることができるようにしてもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の大型ワーク用仕上げ装置について１の実施例に基づき図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施例の自動仕上げ装置の構成図である。
本実施例の自動仕上げ装置１は、加工位置決め装置２、ベルト式の仕上げ工具３１と押し付け力制御機構を備えた力制御式研削装置３、ワーク形状計測装置４、データ記憶装置５、これらを制御する制御装置６を備えている。
【００１７】
加工位置決め装置２は、先端の把持部材２１でワーク７を把持して仕上げ工具３１に押し付けるもので、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３自由度を有する並進機構と、図中垂直なＺ軸周りのθ回転軸、紙面に平行なＸ軸周りのα回転軸の２個の回転軸を有する。したがって、ワーク７を取り付けるときに長手方向に挟んで軸方向に注意してセットしておけば、任意の表面位置で表面に対して仕上げ工具３１がほぼ垂直に接するようにすることができる。
なお、θ回転軸はワークの曲面形状に合わせて表面傾斜を仕上げ工具面に沿うようにするために使用される。
【００１８】
力制御式研削装置３は、ベルト式の仕上げ工具３１と、仕上げ工具の研削ベルトを展張するローラ３２とベルトを回転させるモータ３３と、仕上げ工具３１にかかる押し付け力を測定する力覚センサ３４と、これらを搭載して１軸方向に移動させる１軸直動機構３５を備えている。
測定形状と設計形状の偏差、すなわちワークの余肉量と、ワーク材質や工具の種類、工具の使用状況などにしたがって、仕上げ研削回数および研削時における研削厚さが決定される。
【００１９】
また、仕上げ工具３１は、力覚センサ３４と力覚センサの検出出力を取り込んで駆動量を調整するフィードバック制御機構を備える。図２は、このフィードバック制御機構を説明するブロック図である。
工具３１が作用するワーク７の表面に加工を必要とする部分Δが存在する場合は、必要加工部分Δに邪魔されて近づけない量だけ１軸直動機構３５が加工装置を後退させて逃がす。このときの工具位置と最終目標位置との位置偏差量Δに基づいて掘り込み量を決定し、これに適合する押し付け力を算出して押し付け力指令値を発生する。工具３１が実際に発生している押し付け力を力覚センサ３４で検出し、押し付け力指令値と比較して、両者の力偏差に基づいた適正な押し付け力を発生するように１軸直動機構３５の位置を補正する駆動信号を発生し、１軸直動機構３５を駆動して所定の押し付け力の下で所定量の掘り込みを行う。
仕上げ加工を繰り返し行って最終的に目標位置に達して加工必要量がゼロになったときには、押し付け力指令値もゼロになるので、目標位置を越えて削り込むことはない。
【００２０】
ワーク形状計測装置４は、各種の外形計測装置を利用することができるが、本実施例ではレーザ変位計を利用した計測装置を使用した。
レーザ変位計を梁に固定しておいて、加工位置決め装置２で把持したワークをレーザ変位計の下方で移動させながらワークの断面形状を計測する。
データ記憶装置５は、特にワークの設計形状を記憶する。また、ここに、加工条件を決定するために使用するパラメータ値を記憶しておいてもよい。
【００２１】
図３は、本実施例における自動仕上げ加工の処理手順を示すフロー図である。
初めに、自動仕上げ装置１の加工位置決め装置２に取り付けられたワーク７の形状をワーク形状計測装置４により計測し（Ｓ１１）、データ記憶装置５に格納しておいたワークの設計形状データを読み出して、計測した形状データに重ねて位置合わせをすることにより（Ｓ１２）、加工位置決め装置２の把持部材２１に固定した状態におけるワーク７の仕上げ最終形状を決定する。
【００２２】
図４は計測形状と設計形状の位置合わせの概念を説明する概念図、図５は位置合わせの手順を説明する手順図、図６は位置合わせの手順のフロー図である。
本実施例で加工するワーク７は、たとえばタービンノズルである。タービンノズルは、長手方向に適当な間隔で複数の垂直な断面形状が製品における設計断面形状としてデータ記憶装置５に格納されている。
ワーク７の長手方向がＸ軸方向となるように把持部材２１にワーク７を取り付ける。そして、設計断面を決めた各基準断面Ｄ１〜Ｄｎの位置に相当するところでワークの断面形状を計測して、加工前の断面形状を取得する。
【００２３】
計測した断面のうち、適当な基準断面Ｄを選択して（Ｓ２１）、その断面上で計測形状と設計形状の位置合わせを行う（Ｓ２２）。
設計形状Ｆと計測形状Ｍの位置合わせは、図５で説明するように、断面形状の輪郭上の特徴点を利用して行う。
まず、設計断面形状Ｆの輪郭上の特徴点Ｐを２個抽出して利用する。特徴点の１例として、ここでは、仕上げ対象物の輪郭形状の特性に鑑みて、凹側変曲点を第１の特徴点Ｐ１とし、端点を第２の特徴点Ｐ２とする（図５（ａ））。
【００２４】
次に、計測断面形状Ｍにおいて、第１特徴点に対応する適当な点を選定し第１候補点Ｑ１とし、第１特徴点Ｐ１と第２特徴点Ｐ２の距離Ｌと同じ距離だけ離れた輪郭上の位置に第２候補点Ｑ２をとる（図５（ｂ））。
第１候補点Ｑ１と第２候補点Ｑ２に第１特徴点Ｐ１と第２特徴点Ｐ２をそれぞれ合わせて、計測断面形状Ｍに設計断面形状Ｆを重ね合わせる（図５（ｃ））。
【００２５】
設計断面形状Ｆを候補点Ｑ１，Ｑ２を結ぶ直線に垂直な方向にずらして（図５（ｄ））、設計断面形状Ｆと計測断面形状Ｍの間にできる余肉の分布状態を定量的に評価し、余肉が輪郭全周にわたって平均化するようにする。
また、余肉の分布状態は、輪郭全周にわたる２乗平均値、最小値と最大値の差など、よく知られた統計学的手法により評価することができる。
【００２６】
さらに、第１候補点Ｑ１を計測断面形状Ｍの輪郭に沿って適当量移動し、上記の方法により第２候補点Ｑ２を決め（図５（ｅ））、特徴点を候補点に重ね合わせて、候補点を結ぶ直線に対して垂直な方向に設計断面形状Ｆを適当量ずらして、余肉量が均等化するようにして、余肉量の分布状態の定量的評価をする。
こうして少しずつ移動しながら、計測断面形状Ｍの内部において、余肉量が最も均等に分布する位置を探索して設計断面形状Ｆを配置する（図５（ｆ））（Ｓ２３）。なおこのとき、設計断面形状Ｆが計測断面形状Ｍに包含されるように配置しなければならない。
【００２７】
次に、上記の位置に設計断面形状Ｆを配置したときの他の基準断面における余肉分布を算定して、ワーク全体についての余肉分布状態を評価する。
さらに、基準断面Ｄを他のものに換えて、同様の手順を繰り返し、その基準断面において余肉量が均等化する位置に設計断面形状Ｆを配置したときのワーク全体の余肉量分布状態を評価し、余肉量が最も均等化する位置を最終的な設計断面形状Ｆの位置として決定する（Ｓ２５）。このとき、ワーク全体にわたって設計断面形状Ｆが計測断面形状Ｍに包含されるように配置しなければならない。
【００２８】
こうして決定された測定断面形状Ｍ内の設計断面形状Ｆの輪郭が仕上げ後の製品外形形状となり、算定された余肉は仕上げ研削加工における必要加工量となる（Ｓ１３）。各基準断面に含まれない中間の位置における必要加工量は、各基準断面における必要加工量から補間により求めることができる。
仕上げ工具３１の回転軸を加工面に平行になるように配置して仕上げ加工をするので、余肉Δは、図７に示すように基準断面内で設計断面形状Ｆの輪郭に垂直な方向に評価することが好ましい。必要加工量は、設計断面形状Ｆの輪郭上に立てられた垂線の方向を持ち、計測断面形状Ｍまでの距離を長さとするベクトルで表すことができる。
【００２９】
なお、初めに選択した基準断面Ｄにおいて設計断面形状の位置を決定するときに、他の基準断面における余肉量分布を同時に評価して、ワーク全体の余肉分布が最も均等化する位置をもって最適位置とするようにしてもよい。このようにすると、計算量が増加する場合もあるが、ひとつの基準断面でなくワーク全体における最適化を行うので、ワーク全体の余肉分布がより均等化するような配置をすることができる。
また、各基準断面について同様の演算を繰り返す代わりに、１個の基準断面において得られた設計断面形状位置の近傍を摂動してワーク全体の余肉分布が最も均等化する位置を探索するようにしてもよい。この方法では、演算量が小さくなり、迅速に比較的妥当な位置を決定することができる。
【００３０】
算出された必要加工量に基づいて、各加工位置における加工位置決め装置２の位置決め動作データを算出する（Ｓ１４）。
力制御式研削装置３は、加工具３１が押し付けられた方向の逆方向に逃げる機構３５を備え、さらに、押し付け力制御装置により加工押し付け力が逃げ量に対応するように制御されている。また、上記手順により、加工位置決め装置に把持された状態におけるワークの計測形状と計測形状内における最終仕上げ形状が与えられている。
そこで、加工位置決め装置２が把持したワークを、ワーク内に設定した設計断面形状の輪郭における垂線が固定設置された力制御式研削装置３の加工具３１の加工面に向くようにし、かつ、加工具３１と最終仕上げ形状表面が接する位置に来るようにワーク７の位置と姿勢を調整する。
【００３１】
たとえば、加工位置ごとに、垂線の傾きを把持部材２１の回転軸の傾きαとし、設計断面形状Ｆの輪郭が加工具３１に接するようにＸ，Ｙ，Ｚ方向の座標を決める。
また、幅を持ったベルトを使用したベルト式研削装置を用いて仕上げ加工をするときは、仕上げ加工具３１の作用面とワーク７が線接触するので、仕上げ面が長手方向に曲面を有するときには、表面に段差ができないようにワーク７の表面が加工具３１の作用面に平行になるように把持したワーク７の向きを調整する必要がある。
【００３２】
図８は、θ軸を用いた場合の調整量算定方法を説明する図面である。
設計断面形状Ｍの基準断面Ｄにおける点Ｐ１ｔにおける表面の方向は、点Ｐ１ｔに立てた垂線ｎを含み基準断面に対して垂直な面Ｓが、隣接する基準断面における設計断面形状と交わる点Ｐ２ｔと点Ｐ１ｔを結ぶ直線Ｐ１ｔＰ２ｔの傾きθとすることができる。この直線の傾きθをＺ軸周りの回転軸θ軸の動作量として加工すると段差が生じない。
このように、ワークの位置決め動作は、ＸＹＺの直交３軸とＸ軸周りの回転軸α軸、Ｚ軸周りの回転軸θ軸の５自由度で行うことができる。
【００３３】
次に、ワーク材質、工具の種類、使用状況などのデータを記憶装置から読み出し、先に算出された必要加工量に基づいて、各加工位置における力制御式研削装置３の押し付け力指令値、仕上げ加工繰り返し回数などの加工条件を算定する（Ｓ１５）。
こうして決定された加工位置決め装置２の位置姿勢指令値と力制御式研削装置３の加工条件に従って、ワーク７を加工具３１に当てながら軸の周りに１周させる。次に加工具３１がワーク７の新しい加工部分に当たるように加工具３１の幅より小さい刻み幅だけワーク７を長手方向にずらして同じように１周させて仕上げ加工する。このように所定の刻み幅ずつずらしては研削加工を繰り返すことによりワーク７の全周にわたって仕上げ加工を施す。
なお、必要加工量がゼロのときに力制御式研削装置３の押し付け力がゼロになるように構成したときは、仕上げ加工中に余肉が無い部分に研削加工具３１が当たっても押し付け力がないため、設計断面形状以上に掘り込まれない。
【００３４】
さらに全周にわたる仕上げ加工を、先に算定された回数だけ繰り返して完成させる（Ｓ１６）。
加工後に、ワーク７の外形をワーク形状計測装置４を用いて再度測定し（Ｓ１７）、余肉量を算出して（Ｓ１８）、余肉量が要求される加工精度内に収まっていることを確認する（Ｓ１９）。
余肉量が所定の範囲以内に収まっていないときは、新しい余肉状態について再度加工条件を算定して、ワーク７の形状が最終仕上げ形状になるまで仕上げ加工を繰り返してワークを仕上げる。
本実施例の装置は、タービンブレードやプロペラなど他の種類の大型部材の仕上げ作業について自動化する場合にも適用することができる。
【００３５】
なお、Ｚ軸まわりの回転動作θの機構を研削装置３に搭載してもよい。加工位置決め装置２の動作軸を４個に減少させることにより、さらに剛性を向上させて加工精度の向上を図ることができる。
また、実施例では加工位置決め装置と力制御式研削装置が１基ずつ対応して設けられているが、たとえば図９に示すように、荒仕上げから最終仕上げまで、それぞれ異なる加工工具を搭載した複数の研削仕上げ装置を並べて設置し、加工位置決め装置を移動して仕上げ程度を適宜選択して加工するようにしてもよい。また、図１０に示したように、複数の研削装置を加工位置決め装置を取り囲むように配置して、加工位置決め装置が回転して異なる研削装置にワークを当てることができるようにしてもよい。
このように構成された装置では、加工位置決め装置と各研削装置の間に相対位置関係は共通するため、加工位置決め装置の各軸動作量は１個の研削装置に対する動作量にそれぞれの研削装置に関する補正を施せば足りるので動作量の算定は極めて容易である。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の自動仕上げ方法あるいは自動仕上げ装置を用いることにより、特に大型タービン翼など、複雑な曲面形状を有した大型の鋳物製品の仕上げ加工を自動化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例の自動仕上げ装置の構成図である。
【図２】本実施例の力制御式研削装置におけるフィードバック制御機構を説明するブロック図である。
【図３】本実施例における自動仕上げ加工の処理手順を示すフロー図である。
【図４】本実施例における計測形状と設計形状の位置合わせを説明する概念図である。
【図５】本実施例における位置合わせの手順を説明する手順図である。
【図６】本実施例における位置合わせの手順を表したフロー図である。
【図７】本実施例における必要加工量の算出方法を説明する図面である。
【図８】本実施例におけるθ軸の動作量算出方法を説明する図面である。
【図９】本実施例において複数の研削装置を直線上に配置した場合の配置図である。
【図１０】本実施例において複数の研削装置を円周上に配置した場合の配置図である。
【符号の説明】
１　自動仕上げ装置
２　加工位置決め装置
２１　把持部材
３　力制御式研削装置
３１　仕上げ工具
３２　ローラ
３３　モータ
３４　力覚センサ
３５　１軸直動機構
４　ワーク形状計測装置
５　データ記憶装置
６　制御装置
７　ワーク

Claims

仕上げ対象とするワークの断面形状を計測し、計測して得た断面形状とワーク仕上げ形状の設計値を重ねたときの偏差を算出して必要加工量とし、該必要加工量がワーク表面全体に分散して均等化するように前記ワークの位置合わせを行うワーク位置調整工程を備えることを特徴とする大型ワークの自動仕上げ方法。
前記ワーク位置調整工程における前記必要加工量の算出とワーク表面全体へ分散する手順が、設計形状の輪郭上に第１と第２の特徴点を設定しておいて、前記計測したワークの断面形状の輪郭上に設計形状の第１特徴点と対応する第１の対応特徴点を決め、該計測断面形状の輪郭上に第１対応特徴点から第１特徴点と第２特徴点の距離だけ離れた第２対応特徴点を検出して、第１特徴点を第１対応特徴点と重ね、第１対応特徴点と第２対応特徴点を結ぶ直線が第１特徴点と第２特徴点を結ぶ直線と重なるように配置し、さらにこの直線に垂直の方向に前記設計形状を移動させて設計形状と前記計測断面形状の偏差が全周に分散されてより均等化する位置に配置することにより行うことを特徴とする請求項１記載の自動仕上げ方法。
仕上げ加工具は所定の方向に逃げられるようにすると共に逃げ量に対応する押し付け力を発生するようにして、該加工具が逃げないときの位置が前記ワークの仕上げ形状の表面に位置するように動作させることを特徴とする請求項１または２記載の自動仕上げ方法。
加工位置決め装置と研削装置とワーク形状計測装置とデータ記憶装置と制御装置を備え、前記加工位置決め装置はワークを先端に把持し前記制御装置の指示に従って該ワークの位置と姿勢を調整し、前記研削装置は該ワークの表面に当たって表面の研削加工をする仕上げ工具を先端に備え、該仕上げ工具は所定の方向に移動ができ、該仕上げ工具の押し付け力は移動量に応じて調整することができるように構成されており、前記ワーク形状計測装置はワークの外形形状を計測し、前記データ記憶装置はワークの最終仕上げ形状を記憶し、さらに、前記制御装置は前記ワークの外形形状と最終仕上げ形状を比較して偏差をワーク表面全体にわたって分散させて均等化する位置を探索し、前記加工位置決め装置に指示してワークの位置と姿勢を調整させることを特徴とする大型ワークの自動仕上げ装置。
前記加工位置決め装置は、直交３軸と回転２軸の５自由度を持つことを特徴とする請求項４記載の自動仕上げ装置。
前記研削装置は、前記仕上げ工具を支持する部分を搭載して該仕上げ工具を前記ワークに対して前後進する方向に移動する１軸直動機構を備えることを特徴とする請求項４または５記載の自動仕上げ装置。
前記研削装置の前記仕上げ工具に押し付け力を測定する力覚センサを付属して移動量のフィードバック制御を行えるようにしたことを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の自動仕上げ装置。
前記加工位置決め装置がレール上を移動できるようになっていて、前記研削装置は該レールに沿って複数直線状に配列されることを特徴とする請求項４から７のいずれかに記載の自動仕上げ装置。
前記加工位置決め装置が回転するようになっていて、前記研削装置は該加工位置決め装置の周りに複数配置されていることを特徴とする請求項４から７のいずれかに記載の自動仕上げ装置。