JP2004050326A - 三次元曲面研削装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】三次元曲面で研削仕上げを自動的に行う三次元曲面研削装置であって、砥石の磨耗に対しても対応可能である装置を提供する。
【解決手段】被研削体を研削して三次元曲面を製造する三次元曲面研削装置であって、前記被研削体の被研削面に接触して前記被研削面を研削する研削面を有する砥石２１と、前記被研削面に対して概ね直交する軸を中心として前記砥石を回転させる回転機構と、前記被研削面に対して前記砥石を押圧する押圧手段１０４と、前記砥石の位置を移動させる移動機構と、前記移動機構に設けられ前記研削面に対して概ね直交する方向に前記砥石を移動可能に支持する支持機構１００とを備え、前記砥石は、前記研削面が前記軸を中心とした前記砥石の回転方向に延在するように形成され、前記押圧手段は、前記支持機構を介して前記砥石を押圧する。
【選択図】 図１
【解決手段】被研削体を研削して三次元曲面を製造する三次元曲面研削装置であって、前記被研削体の被研削面に接触して前記被研削面を研削する研削面を有する砥石２１と、前記被研削面に対して概ね直交する軸を中心として前記砥石を回転させる回転機構と、前記被研削面に対して前記砥石を押圧する押圧手段１０４と、前記砥石の位置を移動させる移動機構と、前記移動機構に設けられ前記研削面に対して概ね直交する方向に前記砥石を移動可能に支持する支持機構１００とを備え、前記砥石は、前記研削面が前記軸を中心とした前記砥石の回転方向に延在するように形成され、前記押圧手段は、前記支持機構を介して前記砥石を押圧する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三次元曲面研削装置に関し、特に、砥石が磨耗しても目的とする三次元曲面（例えばプロペラなど）を作ることのできる三次元曲面研削装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばプロペラなどの三次元曲面を機械で研削仕上げをする場合、研削に伴う砥石の磨耗量の把握が困難である。砥石の形状が磨耗によって変化すると、その変化後の砥石の形状によっては、目的とする曲面を作ることが困難となっていた。従来、砥石の磨耗量は、専ら作業者の感覚によって判断されており、その判断した磨耗量を考慮して、作業者が可搬式グラインダを操作して研削作業を行っていた。
【０００３】
なお、特開平６−２４６６１９号公報には、研削グラインダ用緩衝装置が開示されている。その装置の目的は、ある程度の凹凸のある加工面に対しロボットアームを直線的に移動させてもグラインダが表面形状にならって砥石を常に一定圧力で加工面に接触させることができ、円筒状加工面に対しロボットアームを回転させることなく円弧運動させることにより砥石を常に一定圧力で加工面に接触させることである。
【０００４】
また、特開２００１−３５３６５１号公報には、自動的にプロペラを研削するプロペラ製造装置として、被研削体の第１立体的形状を測定する形状測定センサと、プロペラの第２立体的形状を示す三次元データと第１立体的形状とに基づいて、前記第１立体的形状が前記第２立体的形状と実質的に同一になるように、前記被研削体を研削する研削手段とを具備する装置が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
三次元曲面で研削仕上げを自動的に行う三次元曲面研削装置であって、砥石の磨耗に対しても対応可能であることが望まれている。
砥石の磨耗量を検出することなく、砥石の磨耗に対して自動的に対応可能である三次元曲面研削装置が望まれている。
三次元曲面で研削仕上げを自動的に行う三次元曲面研削装置であって、研削部位に関わらず、研削力（砥石を研削面に押しつける力）が所定の値になるように制御可能であることが望まれている。
【０００６】
三次元曲面で研削仕上げを自動的に行う三次元曲面研削装置であって、砥石の磨耗に対しても対応可能であり、研削部位に関わらず、研削力（砥石を研削面に押しつける力）が所定の値になるように制御可能であることが望まれている。
三次元曲面で研削仕上げを自動的に行う三次元曲面研削装置であって、砥石の磨耗に対しても対応可能であり、被研削体の取付け時にセンタリング作業を行い易いことが望まれている。
三次元曲面で研削仕上げを自動的に行う三次元曲面研削装置であって、砥石の磨耗に対しても対応可能であり、砥石の取付け時にセンタリング作業を行い易いことが望まれている。
【０００７】
本発明の目的は、三次元曲面で研削仕上げを自動的に行う三次元曲面研削装置であって、砥石の磨耗に対しても対応可能である装置を提供することである。
本発明の他の目的は、砥石の磨耗量を検出することなく、砥石の磨耗に対して自動的に対応可能である三次元曲面研削装置を提供することである。
本発明の更に他の目的は、三次元曲面で研削仕上げを自動的に行う三次元曲面研削装置であって、研削部位に関わらず、研削力（砥石を研削面に押しつける力）が所定の値になるように制御可能である装置を提供することである。
【０００８】
本発明の更に他の目的は、三次元曲面で研削仕上げを自動的に行う三次元曲面研削装置であって、砥石の磨耗に対しても対応可能であり、研削部位に関わらず、研削力（砥石を研削面に押しつける力）が所定の値になるように制御可能である装置を提供することである。
本発明の更に他の目的は、三次元曲面で研削仕上げを自動的に行う三次元曲面研削装置であって、砥石の磨耗に対しても対応可能であり、被研削体の取付け時にセンタリング作業を行い易い装置を提供することである。
本発明の更に他の目的は、三次元曲面で研削仕上げを自動的に行う三次元曲面研削装置であって、砥石の磨耗に対しても対応可能であり、砥石の取付け時にセンタリング作業を行い易い装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態］で使用する番号・符号を用いて、［課題を解決するための手段］を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであるが、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１０】
本発明の三次元曲面研削装置は、被研削体（９）を研削して三次元曲面を製造する三次元曲面研削装置であって、前記被研削体（９）の被研削面（２２）に接触して前記被研削面（２２）を研削する研削面（２１ａ）を有する砥石（２１）と、前記被研削面（２２）に対して概ね直交する軸を中心として前記砥石（２１）を回転させる回転機構（２３）と、前記被研削面（２２）に対して前記砥石（２１）を押圧する押圧手段（１０４）と、前記砥石（２１）の位置を移動させる移動機構（３）と、前記移動機構（３）に設けられ前記研削面（２１ａ）に対して概ね直交する方向に前記砥石（２１）を移動可能に支持する支持機構（１００）とを備え、前記砥石（２１）は、前記研削面（２１ａ）が前記軸を中心とした前記砥石（２１）の回転方向に延在するように形成され、前記押圧手段（１０４）は、前記支持機構（１００）を介して前記砥石（２１）を押圧する。
【００１１】
本発明の三次元曲面研削装置において、前記押圧手段（１０４）は、前記砥石（２１）の磨耗量には依存しない所定の押圧力（Ｍ）で前記砥石（２１）を押圧する。
【００１２】
本発明の三次元曲面研削装置において、更に、前記砥石（２１）の角度を検出する角度検出部を備え、前記押圧手段（１０４）は、前記砥石（２１）の角度（θ）に基づいて定められた押圧力で前記砥石（２１）を押圧する。
【００１３】
本発明の三次元曲面研削装置において、前記支持機構（１００）は、前記移動機構（３）に固定された基台（１０５、１０１ａ、１０１ｂ）と、前記砥石（２１）が取付けられる取付台（１０３）と、前記基台（１０５、１０１ａ、１０１ｂ）と前記取付台（１０３）とを連結し前記基台（１０５、１０１ａ、１０１ｂ）及び前記取付台（１０３）のそれぞれとのなす角度が可変に設けられた連結部材（１０２ａ〜１０２ｄ）とを備えている。
【００１４】
本発明の三次元曲面研削装置において、更に、前記被研削体（９）を回転させる被研削体回転機構（６）を備え、前記被研削体（９）に設けられたテーパ面（５３）と前記被研削体回転機構（６）に設けられたテーパ面（８１）とが面接触することにより、前記被研削体（９）と前記被研削体回転機構（６）とが位置合わせされる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
添付図面を参照して、本発明の三次元曲面研削装置の一実施形態を説明する。
【００１６】
本実施形態は、プロペラなどの三次元曲面を自動で研削することのできる三次元曲面研削装置である。まず、三次元曲面研削の完全自動化に際しては、どのような種類の砥石が適しているかが検討された。
【００１７】
図１１及び図１２を参照して、アングルグラインダーを自動研削用砥石に採用する場合の問題点を説明する。
【００１８】
図１１に示すように、アングルグラインダー１０Ａでは、円板状の砥石１１が周方向に回転し、その砥石１１の底面１１ｇの外周縁部の一部を、被研削対象であるプロペラの翼面１２に接触させて翼面１２の凹凸がなくなるように均すものである。同図に示すように、翼面１２において研削される領域が「点」状であるため、広い領域を一度に研削できない。よって、グラインダー１０Ａが翼面１２上を通るパス回数が多くなり、加工（研削）時間が増大してする。
【００１９】
また、図１２に示すように、アングルグラインダー１０Ａの円板状の砥石１１は、外周縁部側から径方向に磨耗していく。図１２の破線は磨耗ゼロの砥石１１の底面１１ｇを示し、実線は磨耗後の砥石１１の底面１１ｇを示している。このように砥石１１が磨耗すると、砥石１１の周速が変わり研削に影響が出る。磨耗前の周速Ｖ０に比べ、磨耗後の周速Ｖ１は遅くなる。さらに、砥石１１が磨耗すると、研削の目標点も変わるという問題がある。
【００２０】
図１３及び図１４を参照して、平砥石を自動研削用砥石に採用する場合の問題点を説明する。
【００２１】
図１３（ａ）において、符号１４は、粗加工によって段差１６が残る翼面である。翼面１４上において、平砥石１５を矢印Ｙ１方向に移動させて、翼面１４の段差１６が無くなるように研削する場合、平砥石１５’の下部のうち段差１６に当った側１５ａが磨耗することがある。図１３（ｂ）は、このように磨耗した平砥石１５’を用いて翼面１４の段部１６が無くなるように研削するときの問題点を示している。平砥石１５’のうち磨耗した側１５ａの周速は、磨耗していない側１５ｂの周速に比べて遅くなる（図１２参照）。よって、平砥石１５’のうち磨耗した側１５ａで段差１６を研削するときに、平砥石１５’のうち磨耗していない側１５ｂにて翼面１４が必要以上に研削されてしまうという問題がある。
【００２２】
図１４（ａ）〜図１４（ｄ）は、平砥石１７の砥石形状の変化に伴って都度ドレッシング（砥石形状を整える作業または砥石を交換する作業）が必要になることを示したものである。
【００２３】
図１４（ａ）に示すように、平砥石１７の側面視矩形の隅部が角状になっている場合（正常形状）には、研削位置を破線位置から実線位置に（図中右向きに）ずらした場合に、翼面１４に研削されない部分が残ることはないが、図１４（ｂ）に示すように、平砥石１７’の側面視矩形の隅部が磨耗により丸みを帯びた場合には、研削位置を破線位置から実線位置に（図中右向きに）ずらした場合に、翼面１４に研削されない部分１４ａが残る。
【００２４】
図１４（ｃ）は、図１４（ｂ）における研削されない部分１４ａを、平砥石１７’で上方向から接触させて研削する場合に、平砥石１７ａのうち未研削部分１４ａを研削する箇所に磨耗が生じた状態を示している。図１４（ｄ）は、そのように磨耗した平砥石１７ａを用いた場合に、翼面１４に研削されない部分が残る状態を示している。
【００２５】
図１１から図１４を参照して上述したことから分かるように、自動研削用砥石に採用する砥石には、▲１▼磨耗しても研削に影響が生じず（砥石の研削部の形状が変化せず）、▲２▼周速が常に一定で、▲３▼面で研削できるという条件を満足していること望まれる。
【００２６】
図１５は、本実施形態の自動研削用砥石として採用したカップ砥石を示している。
図１５に示すように、カップ砥石２１は円筒状に形成され、その底面２１ａが研削面を構成する。カップ砥石２１の底面２１ａと反対側には、モータ取付部２１ｂが形成されている。
【００２７】
図１６に示すように、カップ砥石２１は、そのモータ取付部２１ｂにエアモータ２３が接続される。エアモータ２３は、カップ砥石２１を周方向に回転させる。カップ砥石２１の底面２１ａをプロペラの翼面２２に接触させた状態で、エアモータ２３によりカップ砥石２１を回転させると、翼面２２が研削される。このときのカップ砥石２１の回転中心軸は、翼面２２に対して概ね直交している。カップ砥石２１及びエアモータ２３は、矢印Ｙ２に示すように、翼面２２に沿って移動させられることにより、翼面２２の研削作業が進められる。
【００２８】
カップ砥石２１では、底面２１ａが翼面２２に対して概ね平行となるように配置され、その底面２１ａの全体によって翼面２２の研削が行われ、底面２１ａに沿う方向にカップ砥石２１が移動する。このように、カップ砥石２１では、面で加工するため、翼面２２の凸部しか研削しない。また、カップ砥石２１が翼面２２に対して概ね平行に移動することで、底面２１ａの全体が概ね均一に翼面２２の凸部に対して接触する。よって、底面２１ａが磨耗するときには、底面２１ａの全体が均一に磨耗するため、カップ砥石２１の研削部の形状に変化は無く、研削に問題が生じない。また、底面２１ａの全体が均一に磨耗するため、周速は常に一定である。以上の理由から、本実施形態では、自動研削用砥石として、カップ砥石２１を採用する。
【００２９】
次に、図３を参照して、本実施形態の三次元曲面研削装置について説明する。
【００３０】
図３に示すように、本実施形態の三次元曲面研削装置は、旋回軸１と、走行装置２と、六軸制御ロボット３と、研削ヘッド４と、形状測定センサ５と、回転機構６と、制御装置７とを備えている。
【００３１】
旋回軸１は、フロア８の上に設けられる。旋回軸１には、回転機構６が固設されている。旋回軸１には、走行装置２が搭載されている。走行装置２は、旋回軸１に懸垂する。走行装置２は、旋回軸１が延在している方向に移動する。走行装置２は、八軸制御ロボット３を搭載する。
【００３２】
六軸制御ロボット３は、研削ヘッド４と、形状測定センサ５とを搭載する。六軸制御ロボット３は、回転軸を６つ有する。六軸制御ロボット３は、研削ヘッド４と形状測定センサ５を所定の位置に移動し、それらの姿勢を定める。
【００３３】
研削ヘッド４は、平行スイング機構１００と、カップ砥石２１とを有している。カップ砥石２１は、被研削体９に接触し、被研削体９を研削する。カップ砥石２１により被研削体９は研削され、プロペラが製造される。
平行スイング機構１００については、図１を参照して後述する。
【００３４】
形状測定センサ５は、被研削体９の形状を測定する。形状測定センサ５は、被研削体９の信号を形状測定信号１１ａにより制御装置７に伝達する。
回転機構６は、被研削体９を回転する。
回転機構６と被研削体９の接続方法については、図４から図７を参照して説明する。
【００３５】
制御装置７には、製造されるプロペラの立体的形状を示す三次元ＣＡＤデータ１０が入力される。三次元ＣＡＤデータ１０は、目的のプロペラを設計するための三次元ＣＡＤシステムにより生成される。更に、制御装置７には、前述の形状測定信号１１ａが入力される。更に、制御装置７は、研削条件（目標値に対する交差など）が記録された研削条件データベース７ａを含む。
【００３６】
制御装置７は、三次元ＣＡＤデータ１０と、形状測定信号１１ａと、研削条件データベース７ａから、研削ヘッド４がとるべき位置（研削ヘッド位置）と、研削ヘッド４がとるべき姿勢（研削ヘッド姿勢）とを算出する。制御装置７は、研削ヘッド位置と研削ヘッド姿勢とを指示する制御信号１１ｂを出力する。走行装置２及び六軸制御ロボット３は、制御信号１１ｂに応答して、研削ヘッド４を研削ヘッド位置に移動し、更に、六軸制御ロボット３が有する各関節の角度を設定する。
【００３７】
更に、制御装置７は、三次元ＣＡＤデータ１０と、形状測定信号１１ａとから、回転機構６の回転角度を指示する制御信号１１ｃを出力する。回転機構６は、制御信号１１ｃに応答して回転する。
【００３８】
本実施形態の三次元曲面研削装置は、製造されるプロペラの立体的形状を示す三次元ＣＡＤデータ１０と被研削体９の形状とに基づいて、被研削体９を、三次元ＣＡＤデータ１０が示すプロペラの立体的形状と同一になるように研削する。
【００３９】
次に、図１を参照して、平行スイング機構１００について説明する。
平行スイング機構１００は、カップ砥石２１の磨耗対策用に設けられ、エアシリンダによりカップ砥石２１の翼面２２に対する押し付け力が調整される。
【００４０】
図１、図８及び図１０に示すように、平行スイング機構１００は、２本のアルミフレーム１０１ａ、１０１ｂと、４本の連結棒１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄと、カップ取付台１０３と、エアシリンダ１０４と、取付け部材１０５とを備えている。平行スイング機構１００は、六軸制御ロボット３の先端部（図３の下部）に取付け部材１０５を介して固設されている（図３参照）。
【００４１】
取付け部材１０５は、２本のアルミフレーム１０１ａ、１０１ｂの間に設けられている。２本の連結棒１０２ａ、１０２ｂのそれぞれは、その一端部がアルミフレーム１０１ａに接続され、その他端部がカップ取付台１０３に接続されている。また、２本の連結棒１０２ｃ、１０２ｄのそれぞれは、その一端部がアルミフレーム１０１ｂに接続され、その他端部がカップ取付台１０３に接続されている。カップ取付台１０３は、４本の連結棒１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄにより支持されている。カップ取付台１０３には、カップ砥石２１が底面２１ａが下向きになるように取付けられている。
【００４２】
２本の連結棒１０２ａ、１０２ｂのそれぞれは、アルミフレーム１０１ａ及びカップ取付台１０３のそれぞれに対して、揺動（スイング）可能に接続されている。また、２本の連結棒１０２ｃ、１０２ｄのそれぞれは、アルミフレーム１０１ｂ及びカップ取付台１０３のそれぞれに対して、揺動（スイング）可能に接続されている。
【００４３】
エアシリンダ１０４は、アルミフレーム１０１ａ及び１０１ｂに固設されている。エアシリンダ１０４のピストン部は、カップ取付台１０３に接続されている。図１に示すように、カップ取付台１０３は、アルミフレーム１０１ａ及び１０１ｂに対して平行となるように配設されている。
【００４４】
エアシリンダ１０４のピストン部が伸縮すると、４本の連結棒１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄのそれぞれが、アルミフレーム１０１ａ、１０１ｂ及びカップ取付台１０３に対してスイングして、カップ取付台１０３が取付け部材１０５に対して離間したり接近したりする。このとき、カップ取付台１０３は、取付け部材１０５に対して平行な状態を維持したまま、取付け部材１０５に対して離間したり接近したりする。その接近・離間動作のストロークは、５０ｍｍに設定されている。
【００４５】
平行スイング機構１００では、エアシリンダ１０４により、カップ砥石２１を翼面２２に対して所定の力で押圧する。このように、エアシリンダ１０４によるカップ砥石２１の翼面２２に対する押圧力（押し付け力）を所定の値に制御することにより、カップ砥石２１が磨耗したときに、その磨耗量の分だけカップ砥石２１が翼面２２に対して接近する。これにより、カップ砥石２１が磨耗しても、その磨耗量を吸収してカップ砥石２１の底面２１ａの翼面２２に対する位置が、磨耗前と比べて実質的に変わらないように、カップ砥石２１を翼面２２に対して押し当てる。即ち、エアシリンダ１０４は、カップ砥石２１を、その磨耗量に追従して取付け部材１０５からの位置が変わるように移動させる。このことから、カップ砥石２１が磨耗しても磨耗前と比べて、カップ砥石２１と翼面２２との位置関係に変わりはなく、翼面２２の研削に悪影響が及ぶことは無い。
【００４６】
次に、図２を参照して、エアシリンダ１０４によるカップ砥石２１の翼面２２に対する押し付け力の調整方法について説明する。
【００４７】
被研削体９の翼面２２のうち、その翼先付近は、図２（ａ）に示すように、フロア８（図２は図示せず、図３参照）に対して勾配が小さく、その翼根付近は、図２（ｂ）に示すように、フロア８に対して勾配が大きい。図２（ａ）に示すように、勾配の小さい翼面２２を研削するカップ砥石２１は、フロア８に対して水平な状態でその翼面２２を研削するのに対し、図２（ｂ）に示すように、勾配の大きい翼面２２を研削するカップ砥石２１は、フロア８に対して所定の角度（θ）だけ傾いた状態でその翼面２２を研削する。よって、エアシリンダ１０４が同じ力Ｍでカップ砥石２１を押圧したときにも、角度θだけ傾いた状態で研削するカップ砥石２１には、Ｍ×ｃｏｓθの押し付け力しか作用せず、その分、研削力が小さくなる。
【００４８】
このことから、平行スイング機構１００は、カップ砥石２１の底面２１ａの角度を検出する角度検出装置（図示せず）を備えている。平行スイング機構１００では、上記角度検出装置によって検出したカップ砥石２１の角度に応じて、エアシリンダ１０４によりカップ砥石２１を押しつける力（エアー圧力）Ｍを調整し、カップ砥石２１の角度によらずに、翼面２２に対して同じ押し付け力が作用するようにする。これにより、翼面２２の勾配及びカップ砥石２１の角度によらずに、同じ研削力（押し付け力）で翼面２２が研削されることになる。
【００４９】
上記のように、平行スイング機構１００では、カップ砥石２１の底面２１ａの角度に応じて、押し付け力を設定した後は、エアシリンダ１０４がその設定された押し付け力でカップ砥石２１を押圧する動作を行うのみである。即ち、カップ砥石２１の磨耗量の検出を行うことなく、エアシリンダ１０４がカップ砥石２１を所定の力で押すだけで、カップ砥石２１が磨耗した場合には、自ずとその磨耗量だけカップ砥石２１が翼面２２に近づいて、磨耗前と同じ研削条件で研削を続ける。
【００５０】
次に、図４から図７を参照して、回転機構６と被研削体９の接続方法について説明する。
【００５１】
被研削体９は、回転機構６によって回転させられることから、被研削体９は、回転機構６に対して回転中心が合わされた（センタリングされた）状態で回転機構６に接続される必要がある。
【００５２】
図５において、符号９１は、回転機構６に対する被研削体（プロペラ）９の接続部である。被研削体９の接続部９１は、円筒状に形成されており、その環状の上面９２には、周方向に等間隔に複数のボルト孔９３が形成されている。被研削体９の上面９２には、下部フランジ５０が接続される。
【００５３】
図４及び図５に示すように、下部フランジ５０は、円筒状の本体部５１と、本体部５１に設けられた４枚の板状部材５２とを有している。本体部５１の内周面５３は、本体部５１の内径Ｌ１が下方に向けて漸次縮小されるテーパ面５３とされている。４枚の板状部材５２は、本体部５１の周方向に互いに９０°ずつずれた位置に設けられている。４枚の板状部材５２のぞれぞれは、本体部５１の底面部５１ａに、本体部５１の径方向中心部から放射状に外方に延在するように設けられている。
【００５４】
４枚の板状部材５２のそれぞれは、本体部５１の径方向中心部から延在する方向の端辺５２ａに、切り欠き部５４が形成されている。切り欠き部５４は、板状部材５２において、端辺５２ａから本体部５１の径方向中心部に向かって延びるように設けられている。図６は、板状部材５２の端辺５２ａの方向から切り欠き部５４を見た図である。切り欠き部５４の平面視形状（図４参照）は、板状部材５２の板厚方向で変わりがなく同一形状である。即ち、図６に示すように、切り欠き部５４の内壁面５４ａは、鉛直方向に沿って立設されている（内壁面５４ａは、テーパ面ではない）。
【００５５】
切り欠き部５４には、ワッシャ６１が配置される。ワッシャ６１は、平板部６２と、平板部６２に設けられたテーパ部６３と、平板部６２及びテーパ部６３を貫通するボルト孔６４とを有している。平板部６２は、その平面視形状が切り欠き部５４よりも大きく形成され、切り欠き部５４が形成された位置の板状部材５２の上面に載置される。テーパ部６３は、その平面視形状が切り欠き部５４よりも小さく形成され、切り欠き部５４の内部に収められる。テーパ部６３が切り欠き部５４の内部に収められた状態において、テーパ部６３のうち内壁面５４ａと対向する面６３ａは、下方にいくに連れて漸次、内壁面５４ａから離間するように傾斜してテーパ面に形成されている。テーパ部６３の面６３ａの最上部は、切り欠き部５４の内壁面５４ａと接触する大きさに形成され、面６３ａの下方にいくに連れて内壁面５４ａとの隔離距離が漸次大きくされている。テーパ部６３の高さ寸法Ｌ２は、板状部材５２の板厚寸法Ｌ３よりも大きく形成されている。
【００５６】
被研削体９の接続部９１に、下部フランジ５０を接続する際には、まず、各ボルト孔９３に各切り欠き部５４の位置が合うように、接続部９１の上面９２に板状部材５２を載置する。次いで、切り欠き部５４にテーパ部６３が収まるようにワッシャ６１を載置する。このとき、テーパ部６３の高さ寸法Ｌ２は、板状部材５２の板厚寸法Ｌ３よりも大きいため、テーパ部６３の下面が上面９２に接触したときに、平板部６２の下面は、板状部材５２の上面から離間している。次いで、各ワッシャ６１のボルト孔６４と各ボルト孔９３にボルト７１を入れて、ボルト７１を回転させる。すると、ボルト７１の回転に連れて、ボルト７１がボルト孔９３に螺合していくとともに、板状部材５２の上面と平板部６２の下面との距離が小さくなる。これにより、テーパ部６３の最上部が切り欠き部５４の内部に収容されていき、それに伴い、テーパ部６３の面６３ａが内壁面５４ａと接触して、面６３ａとの接触により板状部材５２の位置が調整される。これにより、接続部９１の中心位置に対して下部フランジ５０の中心位置が合わされる。
【００５７】
図７に示すように、回転機構６には、上部フランジ８０が取付けられている。上部フランジ８０の中心位置は、回転機構６の中心位置に対して位置合わせされた状態で取付けられている。上部フランジ８０には、テーパ面８１が形成されている。テーパ面８１は、上部フランジ８０の外径が下方に向けて漸次縮小されるテーパ面とされている。回転機構６と接続部９１が相対的に接近したときに、テーパ面８１とテーパ面５３とが面接触して、回転機構６と接続部９１の中心位置が合わされるようになっている。なお、回転機構６に対する上部フランジ８０の取り付け方法については、特に言及しないが、例えば、図４から図６に示すように下部フランジ５０を接続部９１に中心位置を合わせる方法を採用することができる。
【００５８】
次に、図８から図１０を参照して、六軸制御ロボット３に対して平行スイング機構１００を取り付ける方法について説明する。
【００５９】
図１、図８及び図１０に示すように、２本のアルミフレーム１０１ａ、１０１ｂには、取付け部材１０５が固設されている。図８に示すように、取付け部材１０５には、４つのテーパ孔１０６が形成されている。４つのテーパ孔１０６は、平面視して正方形の角部に位置するように、互いに隣り合う距離が等しく設定されている。各テーパ孔１０６の内部は、平面視円形に形成され、その径が漸次下方にいくに連れて小さくなるテーパ面に形成されている。取付け部材１０５には、切り欠き部１０７が形成されている。その切り欠き部１０７は、４つのテーパ孔１０６の中央部の位置まで延在している。
【００６０】
六軸制御ロボット３の先端部３１の下面３２には、４つの凸部３３が形成されている。各凸部３３は、円柱状に形成され、下面３２から下方に突出している。図９に示すように、各凸部３３の外径は、各テーパ孔１０６の最大径部よりも小さく、最小径部よりも大きく形成されている。下面３２において、４つの凸部３３の中央位置には、ボルト穴３４が設けられている。
【００６１】
六軸制御ロボット３の先端部３１に対して、平行スイング機構１００の取付け部材１０５を取り付ける際には、４つの凸部３３に４つのテーパ孔１０６を位置合わせした状態で、ボルト１０８を切り欠き部１０７及びボルト穴３４に入れてボルト１０８を回転させる。すると、ボルト１０８がボルト穴３４に螺合していき、取付け部材１０５の上面と先端部３１の下面３２とが接近する。これにより、各凸部３３が各テーパ孔１０６の内部に入りこみ、各凸部３３が各テーパ孔１０６に接触することにより、取付け部材１０５の中心位置が先端部３１の中心位置に位置合わせされた状態で接続される。これにより、六軸制御ロボット３の中心位置とカップ砥石２１の中心位置とを位置合わせした状態で、六軸制御ロボット３とカップ砥石２１とを接続させることができる。
【００６２】
以上述べたように、本実施形態では、六軸制御ロボット３のアームの先端部の三次元座標及び三次元ベクトルに追従する平行スイング機構１００を採用したので、カップ砥石２１の磨耗量に関らず、アームの先端部とカップ砥石２１の間を一定の座標とベクトルで保持することができる。
【００６３】
また、エアーコントロールユニット（エアシリンダ１０４）による研削力（カップ砥石２１の押し付け力）が制御される。加工時は押し付け力を制御し、停止時はカップ砥石２１をリフトアップする。その押し付け力は、カップ砥石２１またはカップ砥石２１に付属するアタッチメント（取付け部材１０５など）の絶対角度（姿勢）を検出し、角度に応じたエアー圧力を出力する。
【００６４】
さらに、舶用プロペラである被研削体９とロボット本体（回転機構６）との取付けに際しては、別体式のテーパフランジ方式を採用し、センタリングの計測を一切不要とした。
【００６５】
上記のことから、従来、手作業であった三次元曲面仕上げを機械化するとともに完全自動化を図ることができた。
【００６６】
【発明の効果】
本発明の三次元曲面研削装置によれば、三次元曲面で研削仕上げを自動的に行う三次元曲面研削装置であって、砥石の磨耗に対しても対応可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の三次元曲面研削装置の一実施形態の形態に用いられる平行スイング機構を示す側面図である。
【図２】図２は、本発明の三次元曲面研削装置の一実施形態の形態に用いられるエアシリンダによる押し付け力の設定方法について説明するための図であり、（ａ）は、砥石の勾配が小さい場合、（ｂ）は砥石の勾配が大きい場合を示している。
【図３】図３は、本発明の三次元曲面研削装置の一実施形態の形態の全体構成を示す図である。
【図４】図４は、本発明の三次元曲面研削装置の一実施形態の形態において使用される下部フランジを示す平面図である。
【図５】図５は、本発明の三次元曲面研削装置の一実施形態の形態において下部フランジが被研削体に適用される状況を示す斜視図である。
【図６】図６は、本発明の三次元曲面研削装置の一実施形態の形態において下部フランジがワッシャと共に被研削体に適用されるときの要部を示す斜視図である。
【図７】図７は、本発明の三次元曲面研削装置の一実施形態の形態において回転機構と被研削体との接続方法を説明するための図である。
【図８】図８は、本発明の三次元曲面研削装置の一実施形態の形態において平行スイング機構の六軸制御ロボットへの接続方法を説明するための図である。
【図９】図９は、本発明の三次元曲面研削装置の一実施形態の形態において平行スイング機構が六軸制御ロボットに接続されるときの要部を示す側面図である。
【図１０】図１０は、本発明の三次元曲面研削装置の一実施形態の形態において使用される平行スイング機構を示す斜視図である。
【図１１】図１１は、アングルグラインダーを用いて研削するときの状況を示す側面図である。
【図１２】図１２は、アングルグラインダーを用いて研削するときの問題点を示す平面図である。
【図１３】図１３（ａ）、（ｂ）は、平砥石を用いて研削するときの問題点を示す側面図である。
【図１４】図１４（ａ）〜図１４（ｄ）は、平砥石の砥石形状の変化に伴って都度ドレッシングが必要になることを示す側面図である。
【図１５】図１５は、本発明の三次元曲面研削装置の一実施形態の形態において使用されるカップ砥石を示す斜視図である。
【図１６】図１６は、本発明の三次元曲面研削装置の一実施形態の形態において使用されるカップ砥石の適用形態を示す側面図である。
【符号の説明】
１ 前後軸
２ 走行装置
３ 六軸制御ロボット
４ 研削ヘッド
５ 形状測定センサ
６ 回転機構
７ 制御装置
７ａ 研削条件データベース
８ フロア
９ 被研削体
１０ 三次元ＣＡＤデータ
１０Ａ アングルグラインダー
１１ 砥石
１１ａ 形状測定信号
１１ｂ 制御信号
１１ｃ 制御信号
１１ｇ 底面
１２ 翼面
１４ 翼面
１５ 平砥石
１５’ 平砥石
１６ 段差
１７ 平砥石
１７’ 平砥石
２１ カップ砥石
２１ａ 底面
２１ｂ モータ取付部
２２ 翼面
２３ エアモータ
３１ 先端部
３２ 下面
３３ 凸部
３４ ボルト穴
５０ 下部フランジ
５１ 本体部
５１ａ 底面
５２ 板状部材
５２ａ 端辺
５３ 内周面（テーパ面）
５４ 切り欠き部
５４ａ 内壁面
６１ ワッシャ
６２ 平板部
６３ テーパ部
６３ａ 面
６４ ボルト孔
７１ ボルト
８０ 上部フランジ
８１ テーパ面
９１ 被研削体の接続部
９２ 上面
９３ ボルト孔
１００ 平行スイング機構
１０１ａ アルミフレーム
１０１ｂ アルミフレーム
１０２ａ 連結棒
１０２ｂ 連結棒
１０２ｃ 連結棒
１０２ｄ 連結棒
１０３ カップ取付台
１０４ エアシリンダ
１０５ 取付け部材
１０６ テーパ孔
１０７ 切り欠き部
１０８ ボルト
Ｖ０ 周速
Ｖ１ 周速
【発明の属する技術分野】
本発明は、三次元曲面研削装置に関し、特に、砥石が磨耗しても目的とする三次元曲面（例えばプロペラなど）を作ることのできる三次元曲面研削装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばプロペラなどの三次元曲面を機械で研削仕上げをする場合、研削に伴う砥石の磨耗量の把握が困難である。砥石の形状が磨耗によって変化すると、その変化後の砥石の形状によっては、目的とする曲面を作ることが困難となっていた。従来、砥石の磨耗量は、専ら作業者の感覚によって判断されており、その判断した磨耗量を考慮して、作業者が可搬式グラインダを操作して研削作業を行っていた。
【０００３】
なお、特開平６−２４６６１９号公報には、研削グラインダ用緩衝装置が開示されている。その装置の目的は、ある程度の凹凸のある加工面に対しロボットアームを直線的に移動させてもグラインダが表面形状にならって砥石を常に一定圧力で加工面に接触させることができ、円筒状加工面に対しロボットアームを回転させることなく円弧運動させることにより砥石を常に一定圧力で加工面に接触させることである。
【０００４】
また、特開２００１−３５３６５１号公報には、自動的にプロペラを研削するプロペラ製造装置として、被研削体の第１立体的形状を測定する形状測定センサと、プロペラの第２立体的形状を示す三次元データと第１立体的形状とに基づいて、前記第１立体的形状が前記第２立体的形状と実質的に同一になるように、前記被研削体を研削する研削手段とを具備する装置が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
三次元曲面で研削仕上げを自動的に行う三次元曲面研削装置であって、砥石の磨耗に対しても対応可能であることが望まれている。
砥石の磨耗量を検出することなく、砥石の磨耗に対して自動的に対応可能である三次元曲面研削装置が望まれている。
三次元曲面で研削仕上げを自動的に行う三次元曲面研削装置であって、研削部位に関わらず、研削力（砥石を研削面に押しつける力）が所定の値になるように制御可能であることが望まれている。
【０００６】
三次元曲面で研削仕上げを自動的に行う三次元曲面研削装置であって、砥石の磨耗に対しても対応可能であり、研削部位に関わらず、研削力（砥石を研削面に押しつける力）が所定の値になるように制御可能であることが望まれている。
三次元曲面で研削仕上げを自動的に行う三次元曲面研削装置であって、砥石の磨耗に対しても対応可能であり、被研削体の取付け時にセンタリング作業を行い易いことが望まれている。
三次元曲面で研削仕上げを自動的に行う三次元曲面研削装置であって、砥石の磨耗に対しても対応可能であり、砥石の取付け時にセンタリング作業を行い易いことが望まれている。
【０００７】
本発明の目的は、三次元曲面で研削仕上げを自動的に行う三次元曲面研削装置であって、砥石の磨耗に対しても対応可能である装置を提供することである。
本発明の他の目的は、砥石の磨耗量を検出することなく、砥石の磨耗に対して自動的に対応可能である三次元曲面研削装置を提供することである。
本発明の更に他の目的は、三次元曲面で研削仕上げを自動的に行う三次元曲面研削装置であって、研削部位に関わらず、研削力（砥石を研削面に押しつける力）が所定の値になるように制御可能である装置を提供することである。
【０００８】
本発明の更に他の目的は、三次元曲面で研削仕上げを自動的に行う三次元曲面研削装置であって、砥石の磨耗に対しても対応可能であり、研削部位に関わらず、研削力（砥石を研削面に押しつける力）が所定の値になるように制御可能である装置を提供することである。
本発明の更に他の目的は、三次元曲面で研削仕上げを自動的に行う三次元曲面研削装置であって、砥石の磨耗に対しても対応可能であり、被研削体の取付け時にセンタリング作業を行い易い装置を提供することである。
本発明の更に他の目的は、三次元曲面で研削仕上げを自動的に行う三次元曲面研削装置であって、砥石の磨耗に対しても対応可能であり、砥石の取付け時にセンタリング作業を行い易い装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態］で使用する番号・符号を用いて、［課題を解決するための手段］を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであるが、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１０】
本発明の三次元曲面研削装置は、被研削体（９）を研削して三次元曲面を製造する三次元曲面研削装置であって、前記被研削体（９）の被研削面（２２）に接触して前記被研削面（２２）を研削する研削面（２１ａ）を有する砥石（２１）と、前記被研削面（２２）に対して概ね直交する軸を中心として前記砥石（２１）を回転させる回転機構（２３）と、前記被研削面（２２）に対して前記砥石（２１）を押圧する押圧手段（１０４）と、前記砥石（２１）の位置を移動させる移動機構（３）と、前記移動機構（３）に設けられ前記研削面（２１ａ）に対して概ね直交する方向に前記砥石（２１）を移動可能に支持する支持機構（１００）とを備え、前記砥石（２１）は、前記研削面（２１ａ）が前記軸を中心とした前記砥石（２１）の回転方向に延在するように形成され、前記押圧手段（１０４）は、前記支持機構（１００）を介して前記砥石（２１）を押圧する。
【００１１】
本発明の三次元曲面研削装置において、前記押圧手段（１０４）は、前記砥石（２１）の磨耗量には依存しない所定の押圧力（Ｍ）で前記砥石（２１）を押圧する。
【００１２】
本発明の三次元曲面研削装置において、更に、前記砥石（２１）の角度を検出する角度検出部を備え、前記押圧手段（１０４）は、前記砥石（２１）の角度（θ）に基づいて定められた押圧力で前記砥石（２１）を押圧する。
【００１３】
本発明の三次元曲面研削装置において、前記支持機構（１００）は、前記移動機構（３）に固定された基台（１０５、１０１ａ、１０１ｂ）と、前記砥石（２１）が取付けられる取付台（１０３）と、前記基台（１０５、１０１ａ、１０１ｂ）と前記取付台（１０３）とを連結し前記基台（１０５、１０１ａ、１０１ｂ）及び前記取付台（１０３）のそれぞれとのなす角度が可変に設けられた連結部材（１０２ａ〜１０２ｄ）とを備えている。
【００１４】
本発明の三次元曲面研削装置において、更に、前記被研削体（９）を回転させる被研削体回転機構（６）を備え、前記被研削体（９）に設けられたテーパ面（５３）と前記被研削体回転機構（６）に設けられたテーパ面（８１）とが面接触することにより、前記被研削体（９）と前記被研削体回転機構（６）とが位置合わせされる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
添付図面を参照して、本発明の三次元曲面研削装置の一実施形態を説明する。
【００１６】
本実施形態は、プロペラなどの三次元曲面を自動で研削することのできる三次元曲面研削装置である。まず、三次元曲面研削の完全自動化に際しては、どのような種類の砥石が適しているかが検討された。
【００１７】
図１１及び図１２を参照して、アングルグラインダーを自動研削用砥石に採用する場合の問題点を説明する。
【００１８】
図１１に示すように、アングルグラインダー１０Ａでは、円板状の砥石１１が周方向に回転し、その砥石１１の底面１１ｇの外周縁部の一部を、被研削対象であるプロペラの翼面１２に接触させて翼面１２の凹凸がなくなるように均すものである。同図に示すように、翼面１２において研削される領域が「点」状であるため、広い領域を一度に研削できない。よって、グラインダー１０Ａが翼面１２上を通るパス回数が多くなり、加工（研削）時間が増大してする。
【００１９】
また、図１２に示すように、アングルグラインダー１０Ａの円板状の砥石１１は、外周縁部側から径方向に磨耗していく。図１２の破線は磨耗ゼロの砥石１１の底面１１ｇを示し、実線は磨耗後の砥石１１の底面１１ｇを示している。このように砥石１１が磨耗すると、砥石１１の周速が変わり研削に影響が出る。磨耗前の周速Ｖ０に比べ、磨耗後の周速Ｖ１は遅くなる。さらに、砥石１１が磨耗すると、研削の目標点も変わるという問題がある。
【００２０】
図１３及び図１４を参照して、平砥石を自動研削用砥石に採用する場合の問題点を説明する。
【００２１】
図１３（ａ）において、符号１４は、粗加工によって段差１６が残る翼面である。翼面１４上において、平砥石１５を矢印Ｙ１方向に移動させて、翼面１４の段差１６が無くなるように研削する場合、平砥石１５’の下部のうち段差１６に当った側１５ａが磨耗することがある。図１３（ｂ）は、このように磨耗した平砥石１５’を用いて翼面１４の段部１６が無くなるように研削するときの問題点を示している。平砥石１５’のうち磨耗した側１５ａの周速は、磨耗していない側１５ｂの周速に比べて遅くなる（図１２参照）。よって、平砥石１５’のうち磨耗した側１５ａで段差１６を研削するときに、平砥石１５’のうち磨耗していない側１５ｂにて翼面１４が必要以上に研削されてしまうという問題がある。
【００２２】
図１４（ａ）〜図１４（ｄ）は、平砥石１７の砥石形状の変化に伴って都度ドレッシング（砥石形状を整える作業または砥石を交換する作業）が必要になることを示したものである。
【００２３】
図１４（ａ）に示すように、平砥石１７の側面視矩形の隅部が角状になっている場合（正常形状）には、研削位置を破線位置から実線位置に（図中右向きに）ずらした場合に、翼面１４に研削されない部分が残ることはないが、図１４（ｂ）に示すように、平砥石１７’の側面視矩形の隅部が磨耗により丸みを帯びた場合には、研削位置を破線位置から実線位置に（図中右向きに）ずらした場合に、翼面１４に研削されない部分１４ａが残る。
【００２４】
図１４（ｃ）は、図１４（ｂ）における研削されない部分１４ａを、平砥石１７’で上方向から接触させて研削する場合に、平砥石１７ａのうち未研削部分１４ａを研削する箇所に磨耗が生じた状態を示している。図１４（ｄ）は、そのように磨耗した平砥石１７ａを用いた場合に、翼面１４に研削されない部分が残る状態を示している。
【００２５】
図１１から図１４を参照して上述したことから分かるように、自動研削用砥石に採用する砥石には、▲１▼磨耗しても研削に影響が生じず（砥石の研削部の形状が変化せず）、▲２▼周速が常に一定で、▲３▼面で研削できるという条件を満足していること望まれる。
【００２６】
図１５は、本実施形態の自動研削用砥石として採用したカップ砥石を示している。
図１５に示すように、カップ砥石２１は円筒状に形成され、その底面２１ａが研削面を構成する。カップ砥石２１の底面２１ａと反対側には、モータ取付部２１ｂが形成されている。
【００２７】
図１６に示すように、カップ砥石２１は、そのモータ取付部２１ｂにエアモータ２３が接続される。エアモータ２３は、カップ砥石２１を周方向に回転させる。カップ砥石２１の底面２１ａをプロペラの翼面２２に接触させた状態で、エアモータ２３によりカップ砥石２１を回転させると、翼面２２が研削される。このときのカップ砥石２１の回転中心軸は、翼面２２に対して概ね直交している。カップ砥石２１及びエアモータ２３は、矢印Ｙ２に示すように、翼面２２に沿って移動させられることにより、翼面２２の研削作業が進められる。
【００２８】
カップ砥石２１では、底面２１ａが翼面２２に対して概ね平行となるように配置され、その底面２１ａの全体によって翼面２２の研削が行われ、底面２１ａに沿う方向にカップ砥石２１が移動する。このように、カップ砥石２１では、面で加工するため、翼面２２の凸部しか研削しない。また、カップ砥石２１が翼面２２に対して概ね平行に移動することで、底面２１ａの全体が概ね均一に翼面２２の凸部に対して接触する。よって、底面２１ａが磨耗するときには、底面２１ａの全体が均一に磨耗するため、カップ砥石２１の研削部の形状に変化は無く、研削に問題が生じない。また、底面２１ａの全体が均一に磨耗するため、周速は常に一定である。以上の理由から、本実施形態では、自動研削用砥石として、カップ砥石２１を採用する。
【００２９】
次に、図３を参照して、本実施形態の三次元曲面研削装置について説明する。
【００３０】
図３に示すように、本実施形態の三次元曲面研削装置は、旋回軸１と、走行装置２と、六軸制御ロボット３と、研削ヘッド４と、形状測定センサ５と、回転機構６と、制御装置７とを備えている。
【００３１】
旋回軸１は、フロア８の上に設けられる。旋回軸１には、回転機構６が固設されている。旋回軸１には、走行装置２が搭載されている。走行装置２は、旋回軸１に懸垂する。走行装置２は、旋回軸１が延在している方向に移動する。走行装置２は、八軸制御ロボット３を搭載する。
【００３２】
六軸制御ロボット３は、研削ヘッド４と、形状測定センサ５とを搭載する。六軸制御ロボット３は、回転軸を６つ有する。六軸制御ロボット３は、研削ヘッド４と形状測定センサ５を所定の位置に移動し、それらの姿勢を定める。
【００３３】
研削ヘッド４は、平行スイング機構１００と、カップ砥石２１とを有している。カップ砥石２１は、被研削体９に接触し、被研削体９を研削する。カップ砥石２１により被研削体９は研削され、プロペラが製造される。
平行スイング機構１００については、図１を参照して後述する。
【００３４】
形状測定センサ５は、被研削体９の形状を測定する。形状測定センサ５は、被研削体９の信号を形状測定信号１１ａにより制御装置７に伝達する。
回転機構６は、被研削体９を回転する。
回転機構６と被研削体９の接続方法については、図４から図７を参照して説明する。
【００３５】
制御装置７には、製造されるプロペラの立体的形状を示す三次元ＣＡＤデータ１０が入力される。三次元ＣＡＤデータ１０は、目的のプロペラを設計するための三次元ＣＡＤシステムにより生成される。更に、制御装置７には、前述の形状測定信号１１ａが入力される。更に、制御装置７は、研削条件（目標値に対する交差など）が記録された研削条件データベース７ａを含む。
【００３６】
制御装置７は、三次元ＣＡＤデータ１０と、形状測定信号１１ａと、研削条件データベース７ａから、研削ヘッド４がとるべき位置（研削ヘッド位置）と、研削ヘッド４がとるべき姿勢（研削ヘッド姿勢）とを算出する。制御装置７は、研削ヘッド位置と研削ヘッド姿勢とを指示する制御信号１１ｂを出力する。走行装置２及び六軸制御ロボット３は、制御信号１１ｂに応答して、研削ヘッド４を研削ヘッド位置に移動し、更に、六軸制御ロボット３が有する各関節の角度を設定する。
【００３７】
更に、制御装置７は、三次元ＣＡＤデータ１０と、形状測定信号１１ａとから、回転機構６の回転角度を指示する制御信号１１ｃを出力する。回転機構６は、制御信号１１ｃに応答して回転する。
【００３８】
本実施形態の三次元曲面研削装置は、製造されるプロペラの立体的形状を示す三次元ＣＡＤデータ１０と被研削体９の形状とに基づいて、被研削体９を、三次元ＣＡＤデータ１０が示すプロペラの立体的形状と同一になるように研削する。
【００３９】
次に、図１を参照して、平行スイング機構１００について説明する。
平行スイング機構１００は、カップ砥石２１の磨耗対策用に設けられ、エアシリンダによりカップ砥石２１の翼面２２に対する押し付け力が調整される。
【００４０】
図１、図８及び図１０に示すように、平行スイング機構１００は、２本のアルミフレーム１０１ａ、１０１ｂと、４本の連結棒１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄと、カップ取付台１０３と、エアシリンダ１０４と、取付け部材１０５とを備えている。平行スイング機構１００は、六軸制御ロボット３の先端部（図３の下部）に取付け部材１０５を介して固設されている（図３参照）。
【００４１】
取付け部材１０５は、２本のアルミフレーム１０１ａ、１０１ｂの間に設けられている。２本の連結棒１０２ａ、１０２ｂのそれぞれは、その一端部がアルミフレーム１０１ａに接続され、その他端部がカップ取付台１０３に接続されている。また、２本の連結棒１０２ｃ、１０２ｄのそれぞれは、その一端部がアルミフレーム１０１ｂに接続され、その他端部がカップ取付台１０３に接続されている。カップ取付台１０３は、４本の連結棒１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄにより支持されている。カップ取付台１０３には、カップ砥石２１が底面２１ａが下向きになるように取付けられている。
【００４２】
２本の連結棒１０２ａ、１０２ｂのそれぞれは、アルミフレーム１０１ａ及びカップ取付台１０３のそれぞれに対して、揺動（スイング）可能に接続されている。また、２本の連結棒１０２ｃ、１０２ｄのそれぞれは、アルミフレーム１０１ｂ及びカップ取付台１０３のそれぞれに対して、揺動（スイング）可能に接続されている。
【００４３】
エアシリンダ１０４は、アルミフレーム１０１ａ及び１０１ｂに固設されている。エアシリンダ１０４のピストン部は、カップ取付台１０３に接続されている。図１に示すように、カップ取付台１０３は、アルミフレーム１０１ａ及び１０１ｂに対して平行となるように配設されている。
【００４４】
エアシリンダ１０４のピストン部が伸縮すると、４本の連結棒１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄのそれぞれが、アルミフレーム１０１ａ、１０１ｂ及びカップ取付台１０３に対してスイングして、カップ取付台１０３が取付け部材１０５に対して離間したり接近したりする。このとき、カップ取付台１０３は、取付け部材１０５に対して平行な状態を維持したまま、取付け部材１０５に対して離間したり接近したりする。その接近・離間動作のストロークは、５０ｍｍに設定されている。
【００４５】
平行スイング機構１００では、エアシリンダ１０４により、カップ砥石２１を翼面２２に対して所定の力で押圧する。このように、エアシリンダ１０４によるカップ砥石２１の翼面２２に対する押圧力（押し付け力）を所定の値に制御することにより、カップ砥石２１が磨耗したときに、その磨耗量の分だけカップ砥石２１が翼面２２に対して接近する。これにより、カップ砥石２１が磨耗しても、その磨耗量を吸収してカップ砥石２１の底面２１ａの翼面２２に対する位置が、磨耗前と比べて実質的に変わらないように、カップ砥石２１を翼面２２に対して押し当てる。即ち、エアシリンダ１０４は、カップ砥石２１を、その磨耗量に追従して取付け部材１０５からの位置が変わるように移動させる。このことから、カップ砥石２１が磨耗しても磨耗前と比べて、カップ砥石２１と翼面２２との位置関係に変わりはなく、翼面２２の研削に悪影響が及ぶことは無い。
【００４６】
次に、図２を参照して、エアシリンダ１０４によるカップ砥石２１の翼面２２に対する押し付け力の調整方法について説明する。
【００４７】
被研削体９の翼面２２のうち、その翼先付近は、図２（ａ）に示すように、フロア８（図２は図示せず、図３参照）に対して勾配が小さく、その翼根付近は、図２（ｂ）に示すように、フロア８に対して勾配が大きい。図２（ａ）に示すように、勾配の小さい翼面２２を研削するカップ砥石２１は、フロア８に対して水平な状態でその翼面２２を研削するのに対し、図２（ｂ）に示すように、勾配の大きい翼面２２を研削するカップ砥石２１は、フロア８に対して所定の角度（θ）だけ傾いた状態でその翼面２２を研削する。よって、エアシリンダ１０４が同じ力Ｍでカップ砥石２１を押圧したときにも、角度θだけ傾いた状態で研削するカップ砥石２１には、Ｍ×ｃｏｓθの押し付け力しか作用せず、その分、研削力が小さくなる。
【００４８】
このことから、平行スイング機構１００は、カップ砥石２１の底面２１ａの角度を検出する角度検出装置（図示せず）を備えている。平行スイング機構１００では、上記角度検出装置によって検出したカップ砥石２１の角度に応じて、エアシリンダ１０４によりカップ砥石２１を押しつける力（エアー圧力）Ｍを調整し、カップ砥石２１の角度によらずに、翼面２２に対して同じ押し付け力が作用するようにする。これにより、翼面２２の勾配及びカップ砥石２１の角度によらずに、同じ研削力（押し付け力）で翼面２２が研削されることになる。
【００４９】
上記のように、平行スイング機構１００では、カップ砥石２１の底面２１ａの角度に応じて、押し付け力を設定した後は、エアシリンダ１０４がその設定された押し付け力でカップ砥石２１を押圧する動作を行うのみである。即ち、カップ砥石２１の磨耗量の検出を行うことなく、エアシリンダ１０４がカップ砥石２１を所定の力で押すだけで、カップ砥石２１が磨耗した場合には、自ずとその磨耗量だけカップ砥石２１が翼面２２に近づいて、磨耗前と同じ研削条件で研削を続ける。
【００５０】
次に、図４から図７を参照して、回転機構６と被研削体９の接続方法について説明する。
【００５１】
被研削体９は、回転機構６によって回転させられることから、被研削体９は、回転機構６に対して回転中心が合わされた（センタリングされた）状態で回転機構６に接続される必要がある。
【００５２】
図５において、符号９１は、回転機構６に対する被研削体（プロペラ）９の接続部である。被研削体９の接続部９１は、円筒状に形成されており、その環状の上面９２には、周方向に等間隔に複数のボルト孔９３が形成されている。被研削体９の上面９２には、下部フランジ５０が接続される。
【００５３】
図４及び図５に示すように、下部フランジ５０は、円筒状の本体部５１と、本体部５１に設けられた４枚の板状部材５２とを有している。本体部５１の内周面５３は、本体部５１の内径Ｌ１が下方に向けて漸次縮小されるテーパ面５３とされている。４枚の板状部材５２は、本体部５１の周方向に互いに９０°ずつずれた位置に設けられている。４枚の板状部材５２のぞれぞれは、本体部５１の底面部５１ａに、本体部５１の径方向中心部から放射状に外方に延在するように設けられている。
【００５４】
４枚の板状部材５２のそれぞれは、本体部５１の径方向中心部から延在する方向の端辺５２ａに、切り欠き部５４が形成されている。切り欠き部５４は、板状部材５２において、端辺５２ａから本体部５１の径方向中心部に向かって延びるように設けられている。図６は、板状部材５２の端辺５２ａの方向から切り欠き部５４を見た図である。切り欠き部５４の平面視形状（図４参照）は、板状部材５２の板厚方向で変わりがなく同一形状である。即ち、図６に示すように、切り欠き部５４の内壁面５４ａは、鉛直方向に沿って立設されている（内壁面５４ａは、テーパ面ではない）。
【００５５】
切り欠き部５４には、ワッシャ６１が配置される。ワッシャ６１は、平板部６２と、平板部６２に設けられたテーパ部６３と、平板部６２及びテーパ部６３を貫通するボルト孔６４とを有している。平板部６２は、その平面視形状が切り欠き部５４よりも大きく形成され、切り欠き部５４が形成された位置の板状部材５２の上面に載置される。テーパ部６３は、その平面視形状が切り欠き部５４よりも小さく形成され、切り欠き部５４の内部に収められる。テーパ部６３が切り欠き部５４の内部に収められた状態において、テーパ部６３のうち内壁面５４ａと対向する面６３ａは、下方にいくに連れて漸次、内壁面５４ａから離間するように傾斜してテーパ面に形成されている。テーパ部６３の面６３ａの最上部は、切り欠き部５４の内壁面５４ａと接触する大きさに形成され、面６３ａの下方にいくに連れて内壁面５４ａとの隔離距離が漸次大きくされている。テーパ部６３の高さ寸法Ｌ２は、板状部材５２の板厚寸法Ｌ３よりも大きく形成されている。
【００５６】
被研削体９の接続部９１に、下部フランジ５０を接続する際には、まず、各ボルト孔９３に各切り欠き部５４の位置が合うように、接続部９１の上面９２に板状部材５２を載置する。次いで、切り欠き部５４にテーパ部６３が収まるようにワッシャ６１を載置する。このとき、テーパ部６３の高さ寸法Ｌ２は、板状部材５２の板厚寸法Ｌ３よりも大きいため、テーパ部６３の下面が上面９２に接触したときに、平板部６２の下面は、板状部材５２の上面から離間している。次いで、各ワッシャ６１のボルト孔６４と各ボルト孔９３にボルト７１を入れて、ボルト７１を回転させる。すると、ボルト７１の回転に連れて、ボルト７１がボルト孔９３に螺合していくとともに、板状部材５２の上面と平板部６２の下面との距離が小さくなる。これにより、テーパ部６３の最上部が切り欠き部５４の内部に収容されていき、それに伴い、テーパ部６３の面６３ａが内壁面５４ａと接触して、面６３ａとの接触により板状部材５２の位置が調整される。これにより、接続部９１の中心位置に対して下部フランジ５０の中心位置が合わされる。
【００５７】
図７に示すように、回転機構６には、上部フランジ８０が取付けられている。上部フランジ８０の中心位置は、回転機構６の中心位置に対して位置合わせされた状態で取付けられている。上部フランジ８０には、テーパ面８１が形成されている。テーパ面８１は、上部フランジ８０の外径が下方に向けて漸次縮小されるテーパ面とされている。回転機構６と接続部９１が相対的に接近したときに、テーパ面８１とテーパ面５３とが面接触して、回転機構６と接続部９１の中心位置が合わされるようになっている。なお、回転機構６に対する上部フランジ８０の取り付け方法については、特に言及しないが、例えば、図４から図６に示すように下部フランジ５０を接続部９１に中心位置を合わせる方法を採用することができる。
【００５８】
次に、図８から図１０を参照して、六軸制御ロボット３に対して平行スイング機構１００を取り付ける方法について説明する。
【００５９】
図１、図８及び図１０に示すように、２本のアルミフレーム１０１ａ、１０１ｂには、取付け部材１０５が固設されている。図８に示すように、取付け部材１０５には、４つのテーパ孔１０６が形成されている。４つのテーパ孔１０６は、平面視して正方形の角部に位置するように、互いに隣り合う距離が等しく設定されている。各テーパ孔１０６の内部は、平面視円形に形成され、その径が漸次下方にいくに連れて小さくなるテーパ面に形成されている。取付け部材１０５には、切り欠き部１０７が形成されている。その切り欠き部１０７は、４つのテーパ孔１０６の中央部の位置まで延在している。
【００６０】
六軸制御ロボット３の先端部３１の下面３２には、４つの凸部３３が形成されている。各凸部３３は、円柱状に形成され、下面３２から下方に突出している。図９に示すように、各凸部３３の外径は、各テーパ孔１０６の最大径部よりも小さく、最小径部よりも大きく形成されている。下面３２において、４つの凸部３３の中央位置には、ボルト穴３４が設けられている。
【００６１】
六軸制御ロボット３の先端部３１に対して、平行スイング機構１００の取付け部材１０５を取り付ける際には、４つの凸部３３に４つのテーパ孔１０６を位置合わせした状態で、ボルト１０８を切り欠き部１０７及びボルト穴３４に入れてボルト１０８を回転させる。すると、ボルト１０８がボルト穴３４に螺合していき、取付け部材１０５の上面と先端部３１の下面３２とが接近する。これにより、各凸部３３が各テーパ孔１０６の内部に入りこみ、各凸部３３が各テーパ孔１０６に接触することにより、取付け部材１０５の中心位置が先端部３１の中心位置に位置合わせされた状態で接続される。これにより、六軸制御ロボット３の中心位置とカップ砥石２１の中心位置とを位置合わせした状態で、六軸制御ロボット３とカップ砥石２１とを接続させることができる。
【００６２】
以上述べたように、本実施形態では、六軸制御ロボット３のアームの先端部の三次元座標及び三次元ベクトルに追従する平行スイング機構１００を採用したので、カップ砥石２１の磨耗量に関らず、アームの先端部とカップ砥石２１の間を一定の座標とベクトルで保持することができる。
【００６３】
また、エアーコントロールユニット（エアシリンダ１０４）による研削力（カップ砥石２１の押し付け力）が制御される。加工時は押し付け力を制御し、停止時はカップ砥石２１をリフトアップする。その押し付け力は、カップ砥石２１またはカップ砥石２１に付属するアタッチメント（取付け部材１０５など）の絶対角度（姿勢）を検出し、角度に応じたエアー圧力を出力する。
【００６４】
さらに、舶用プロペラである被研削体９とロボット本体（回転機構６）との取付けに際しては、別体式のテーパフランジ方式を採用し、センタリングの計測を一切不要とした。
【００６５】
上記のことから、従来、手作業であった三次元曲面仕上げを機械化するとともに完全自動化を図ることができた。
【００６６】
【発明の効果】
本発明の三次元曲面研削装置によれば、三次元曲面で研削仕上げを自動的に行う三次元曲面研削装置であって、砥石の磨耗に対しても対応可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の三次元曲面研削装置の一実施形態の形態に用いられる平行スイング機構を示す側面図である。
【図２】図２は、本発明の三次元曲面研削装置の一実施形態の形態に用いられるエアシリンダによる押し付け力の設定方法について説明するための図であり、（ａ）は、砥石の勾配が小さい場合、（ｂ）は砥石の勾配が大きい場合を示している。
【図３】図３は、本発明の三次元曲面研削装置の一実施形態の形態の全体構成を示す図である。
【図４】図４は、本発明の三次元曲面研削装置の一実施形態の形態において使用される下部フランジを示す平面図である。
【図５】図５は、本発明の三次元曲面研削装置の一実施形態の形態において下部フランジが被研削体に適用される状況を示す斜視図である。
【図６】図６は、本発明の三次元曲面研削装置の一実施形態の形態において下部フランジがワッシャと共に被研削体に適用されるときの要部を示す斜視図である。
【図７】図７は、本発明の三次元曲面研削装置の一実施形態の形態において回転機構と被研削体との接続方法を説明するための図である。
【図８】図８は、本発明の三次元曲面研削装置の一実施形態の形態において平行スイング機構の六軸制御ロボットへの接続方法を説明するための図である。
【図９】図９は、本発明の三次元曲面研削装置の一実施形態の形態において平行スイング機構が六軸制御ロボットに接続されるときの要部を示す側面図である。
【図１０】図１０は、本発明の三次元曲面研削装置の一実施形態の形態において使用される平行スイング機構を示す斜視図である。
【図１１】図１１は、アングルグラインダーを用いて研削するときの状況を示す側面図である。
【図１２】図１２は、アングルグラインダーを用いて研削するときの問題点を示す平面図である。
【図１３】図１３（ａ）、（ｂ）は、平砥石を用いて研削するときの問題点を示す側面図である。
【図１４】図１４（ａ）〜図１４（ｄ）は、平砥石の砥石形状の変化に伴って都度ドレッシングが必要になることを示す側面図である。
【図１５】図１５は、本発明の三次元曲面研削装置の一実施形態の形態において使用されるカップ砥石を示す斜視図である。
【図１６】図１６は、本発明の三次元曲面研削装置の一実施形態の形態において使用されるカップ砥石の適用形態を示す側面図である。
【符号の説明】
１ 前後軸
２ 走行装置
３ 六軸制御ロボット
４ 研削ヘッド
５ 形状測定センサ
６ 回転機構
７ 制御装置
７ａ 研削条件データベース
８ フロア
９ 被研削体
１０ 三次元ＣＡＤデータ
１０Ａ アングルグラインダー
１１ 砥石
１１ａ 形状測定信号
１１ｂ 制御信号
１１ｃ 制御信号
１１ｇ 底面
１２ 翼面
１４ 翼面
１５ 平砥石
１５’ 平砥石
１６ 段差
１７ 平砥石
１７’ 平砥石
２１ カップ砥石
２１ａ 底面
２１ｂ モータ取付部
２２ 翼面
２３ エアモータ
３１ 先端部
３２ 下面
３３ 凸部
３４ ボルト穴
５０ 下部フランジ
５１ 本体部
５１ａ 底面
５２ 板状部材
５２ａ 端辺
５３ 内周面（テーパ面）
５４ 切り欠き部
５４ａ 内壁面
６１ ワッシャ
６２ 平板部
６３ テーパ部
６３ａ 面
６４ ボルト孔
７１ ボルト
８０ 上部フランジ
８１ テーパ面
９１ 被研削体の接続部
９２ 上面
９３ ボルト孔
１００ 平行スイング機構
１０１ａ アルミフレーム
１０１ｂ アルミフレーム
１０２ａ 連結棒
１０２ｂ 連結棒
１０２ｃ 連結棒
１０２ｄ 連結棒
１０３ カップ取付台
１０４ エアシリンダ
１０５ 取付け部材
１０６ テーパ孔
１０７ 切り欠き部
１０８ ボルト
Ｖ０ 周速
Ｖ１ 周速
Claims (5)
- 被研削体を研削して三次元曲面を製造する三次元曲面研削装置であって、
前記被研削体の被研削面に接触して前記被研削面を研削する研削面を有する砥石と、
前記被研削面に対して概ね直交する軸を中心として前記砥石を回転させる回転機構と、
前記被研削面に対して前記砥石を押圧する押圧手段と、
前記砥石の位置を移動させる移動機構と、
前記移動機構に設けられ前記研削面に対して概ね直交する方向に前記砥石を移動可能に支持する支持機構とを備え、
前記砥石は、前記研削面が前記軸を中心とした前記砥石の回転方向に延在するように形成され、
前記押圧手段は、前記支持機構を介して前記砥石を押圧する
三次元曲面研削装置。 - 請求項１記載の三次元曲面研削装置において、
前記押圧手段は、前記砥石の磨耗量には依存しない所定の押圧力で前記砥石を押圧する
三次元曲面研削装置。 - 請求項１または２に記載の三次元曲面研削装置において、
更に、
前記砥石の角度を検出する角度検出部を備え、
前記押圧手段は、前記砥石の角度に基づいて定められた押圧力で前記砥石を押圧する
三次元曲面研削装置。 - 請求項１から３のいずれか１項に記載の三次元曲面研削装置において、
前記支持機構は、
前記移動機構に固定された基台と、
前記砥石が取付けられる取付台と、
前記基台と前記取付台とを連結し前記基台及び前記取付台のそれぞれとのなす角度が可変に設けられた連結部材と
を備えている
三次元曲面研削装置。 - 請求項１から４のいずれか１項に記載の三次元曲面研削装置において、
更に、
前記被研削体を回転させる被研削体回転機構を備え、
前記被研削体に設けられたテーパ面と前記被研削体回転機構に設けられたテーパ面とが面接触することにより、前記被研削体と前記被研削体回転機構とが位置合わせされる
三次元曲面研削装置。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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