JP2007203407A - Finishing device and finishing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ロボットで溶接部位を自動的に研削、研磨等で仕上げする仕上げ加工装置及び仕上げ加工方法に関する。 The present invention relates to a finishing apparatus and a finishing method for automatically finishing a welding site by grinding, polishing or the like with a robot.
現在、ドアフレームのコーナー部などの複数部材を突き合わせて溶接された部位(ビード部位)を研削、研磨等で仕上げる作業は人の手に依っている。特に、ビード部位の仕上げ作業はただ単に研磨するだけではなく、製品形状としてまた意匠として面を作り上げなければならないため、人の手作業に頼らざるを得ないのが現状である。しかし、仕上げの作業までを含めた研削及び研磨作業を自動化することができれば、常に安定した品質で滑らかな意匠面を持つ製品を効率よく作成することができる。 Currently, the work of finishing a portion (bead portion) welded by abutting a plurality of members such as a corner portion of a door frame by grinding, polishing or the like depends on human hands. In particular, the finishing operation of the bead portion is not merely polished, but a surface must be created as a product shape and design, so that it is necessary to rely on human manual work. However, if the grinding and polishing operations including the finishing operation can be automated, a product having a stable design surface with a stable quality can be efficiently produced.
従来より、研削ツール(研磨も行える)を装着したロボットによるビード部位の除去を目的としたロボットの経路情報を自動的に作成する発明は行われている。特許文献1では、あらかじめロボットに基本的な研削のための経路情報を教示しており、溶接部位のビードの幅を視覚センサで測定後、測定した幅を考慮した経路情報を新たに生成する。また特許文献2では、研磨部位に三角パッチを割り当てて分割面を作成し、各分割面の傾斜角からティーチング用タッチセンサにより各分割面の法線方向を測定する。そして、測定された法線方向からロボットの姿勢を計算し、経路情報を作成する。それから特許文献3では、ビード部位とその周辺を含めた起伏を測定して三次元データを取得し、このデータを用いてビード部位の完成曲面を計算する。そして、三次元データと完成曲面との差分からロボットの研削量と研削経路とを生成する。
研削から仕上げまでを自動で進めるためには、ロボット経路を自動生成することが望ましいが、ティーチングを必要とする上記した特許文献1では、仕上げまでを自動ですることができず、ビード部位の形状等がティーチングしたモデルと異なる場合はティーチングしなおす必要がある。また、上記の特許文献2は、分割面ごとにロボットの姿勢制御を行いロボットの研削経路を生成する、つまり分割面同士が連続した面として計算されないため、滑らかな表面に仕上げることができない。そして、上記の特許文献3は、ビード部位とその周辺を含めた起伏を測定して三次元データを取得し、このデータを用いてビード部位の完成曲面を計算している。そのため、完成曲面の計算にビード部位を含めているため、ビードの大きさ、形状及び溶接歪みなどにより、滑らかな仕上げ面を作成することが難しい。
In order to automatically proceed from grinding to finishing, it is desirable to automatically generate a robot path. However, in the above-mentioned Patent Document 1 that requires teaching, it is not possible to automatically complete the finishing, and the shape of the bead part If the model is different from the teaching model, it is necessary to perform teaching again. Further, in
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、複数部材を突き合わせて溶接した部位を除去し、滑らかな仕上げ表面を自動で作成するための仕上げ加工装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a finishing device for automatically creating a smooth finished surface by removing a portion where a plurality of members are butted and welded.
本発明の仕上げ加工装置は、ワークの所定部分を除去して仕上げる加工ツールを有するロボットと、該ワークの除去すべき該所定部分を含む三次元形状を測定し加工前形状データを得る計測手段と、該加工前形状データから除去する該所定部分の除去形状データを取り除いた残存形状データから該所定部分の自由曲面データを得る自由曲面生成手段と、該除去形状データと該自由曲面データより除去する除去データを作成する除去データ作成手段と、該除去データに基づいて該ロボットを駆動し該ワークの該所定部分を除去するロボット制御手段と、をもつことを特徴とする。 A finishing apparatus according to the present invention includes a robot having a processing tool for removing a predetermined portion of a workpiece and finishing it, and a measuring unit that measures a three-dimensional shape including the predetermined portion to be removed of the workpiece and obtains shape data before processing. , Free-form surface generating means for obtaining free-form surface data of the predetermined portion from the remaining shape data obtained by removing the removal shape data of the predetermined portion to be removed from the pre-processing shape data, and removing from the removed shape data and the free-form surface data It is characterized by having removal data creation means for creating removal data, and robot control means for driving the robot based on the removal data and removing the predetermined portion of the workpiece.
本発明の仕上げ加工装置では、ワークの加工前形状データから除去する所定部分の除去形状データを取り除き、残存形状データとする。その残存形状データを用いて、最終目標仕上げ面である自由曲面データを計算する。そして、除去形状データと自由曲面データとの差分の除去データを用いてロボットの制御を行う。 In the finishing apparatus of the present invention, the removal shape data of a predetermined portion to be removed is removed from the shape data before machining of the workpiece, and the remaining shape data is obtained. Using the remaining shape data, free curved surface data which is the final target finished surface is calculated. Then, the robot is controlled using the removal data of the difference between the removed shape data and the free-form surface data.
本発明の仕上げ加工装置で用いられる自由曲面生成手段は、残存形状データから所定部分の第1自由曲面データを得る第1自由曲面生成手段と、残存形状データが第1自由曲面データに連結する結合点データと第1自由曲面データとから第2自由曲面データを得る第2自由曲面生成手段とからなることが好ましい。 The free curved surface generating means used in the finishing apparatus of the present invention includes first free curved surface generating means for obtaining first free curved surface data of a predetermined portion from the remaining shape data, and a combination in which the remaining shape data is connected to the first free curved surface data. It is preferable to include second free curved surface generation means for obtaining second free curved surface data from the point data and the first free curved surface data.
この自由曲面生成手段は、第1自由曲面生成手段により除去する所定部材の目標仕上げ面の自由曲面を一度計算する。そして、第2自由曲面生成手段により第1自由曲面から最終的な目標仕上げ面の自由曲面を計算する。第2自由曲面生成手段では、第1自由曲面の第1自由曲面データだけでなく、第1自由曲面と突き合わさる先の残存形状データを計算に含める。 The free curved surface generating means calculates once the free curved surface of the target finished surface of the predetermined member to be removed by the first free curved surface generating means. Then, the final free-form surface of the target finish surface is calculated from the first free-form surface by the second free-form surface generation means. The second free-form surface generation means includes not only the first free-form surface data of the first free-form surface but also the remaining shape data ahead of the first free-form surface.
本発明の仕上げ加工装置で用いられるロボット制御手段は、除去データから加工ツールの制御データとロボットの移動経路とを作成する制御データ作成手段と、制御データに基づいて加工ツールを制御する加工ツール制御手段と、移動経路に従ってロボットを駆動する経路制御手段とを有することが好ましい。 The robot control means used in the finishing apparatus of the present invention includes control data creation means for creating machining tool control data and a robot movement path from the removal data, and machining tool control for controlling the machining tool based on the control data. It is preferable to have means and path control means for driving the robot according to the movement path.
本発明の仕上げ加工装置で用いられるロボットは、除去したい溶接部分を移動経路に従って移動し、制御データに従って加工ツールを駆動するロボット制御手段により制御される。移動経路及び制御データは、除去データを基に決定される。 The robot used in the finishing apparatus of the present invention is controlled by robot control means that moves a welding portion to be removed according to a movement path and drives a machining tool according to control data. The movement path and control data are determined based on the removal data.
本発明の仕上げ加工装置は更に、ワークを固定する固定手段を持つ作業台を有することが好ましい。 The finishing apparatus of the present invention preferably further includes a work table having a fixing means for fixing the workpiece.
本発明の仕上げ加工方法は、ワークの除去すべき該所定部分を含む三次元形状を測定し加工前形状データを得るステップと、該加工前形状データから除去する該所定部分の除去形状データを取り除いた残存形状データから該所定部分の自由曲面データを得るステップと、該除去形状データと該自由曲面データより除去する除去データを作成するステップと、該除去データに基づいて加工ツールを有するロボットを駆動し該ワークの該所定部分を除去するステップと、をもつことを特徴とする。 The finishing method of the present invention includes a step of measuring a three-dimensional shape including the predetermined portion to be removed of the workpiece to obtain shape data before processing, and removing the removed shape data of the predetermined portion to be removed from the shape data before processing. A step of obtaining free-form surface data of the predetermined portion from the remaining shape data, a step of creating removal data to be removed from the removal shape data and the free-form surface data, and driving a robot having a processing tool based on the removal data And removing the predetermined portion of the workpiece.
本発明の仕上げ加工方法では、ワークの加工前形状データから除去する所定部分の除去形状データを取り除き、残存形状データとする。その残存形状データを用いて、最終目標仕上げ面である自由曲面データを計算する。そして、除去形状データと自由曲面データとの差分の除去データを用いてロボットの制御を行う。 In the finishing method of the present invention, the removed shape data of a predetermined portion to be removed is removed from the shape data before processing of the workpiece to obtain remaining shape data. Using the remaining shape data, free curved surface data which is the final target finished surface is calculated. Then, the robot is controlled using the removal data of the difference between the removed shape data and the free-form surface data.
本発明の仕上げ加工方法で用いられる自由曲面データを得るステップは、残存形状データから所定部分の第1自由曲面データを得るステップと、残存形状データが第1自由曲面データに連結する結合点データと第1自由曲面データとから第2自由曲面データを得るステップとからなることが好ましい。 The step of obtaining the free-form surface data used in the finishing method of the present invention includes the step of obtaining the first free-form surface data of a predetermined part from the remaining shape data, and the connection point data for connecting the remaining shape data to the first free-form surface data Preferably, the second free-form surface data is obtained from the first free-form surface data.
この自由曲面データを得るステップは、除去する所定部材の目標仕上げ面の自由曲面(第1自由曲面)の第1自由曲面データを一度計算する。そして、第1自由曲面データから最終的な目標仕上げ面の自由曲面(第2自由曲面)の第2自由曲面データを計算する。第2自由曲面データを得るステップでは、第1自由曲面データだけでなく、第1自由曲面と突き合わさる先の残存形状データを計算に含める。 In the step of obtaining the free-form surface data, first free-form surface data of the free-form surface (first free-form surface) of the target finish surface of the predetermined member to be removed is calculated once. Then, the second free-form surface data of the final free-form surface (second free-form surface) of the target finish surface is calculated from the first free-form surface data. In the step of obtaining the second free-form surface data, not only the first free-form surface data but also the remaining shape data ahead of the first free-form surface is included in the calculation.
本発明の仕上げ加工方法で用いられるワークの所定部分を除去するステップは、除去データから加工ツールの制御データとロボットの移動経路とを作成するステップと、制御データに基づいて加工ツールを制御するステップと、移動経路に従ってロボットを移動制御するステップとからなることが好ましい。 The step of removing a predetermined part of the workpiece used in the finishing method of the present invention includes a step of creating machining tool control data and a robot movement path from the removal data, and a step of controlling the machining tool based on the control data And a step of controlling the movement of the robot according to the movement path.
本発明の仕上げ加工装置及び仕上げ加工方法によれば、ワークの所定部分を除去するために、ワーク全体の三次元形状を測定し、除去に必要な除去データを算出し、除去データに基づいてロボットを駆動する一連の研削、研磨等の仕上げをする仕上げ加工作業を自動化することができる。仕上げ面の自由曲面データは、除去する所定部分のデータを用いず、加工前の全体のデータから取り除いて作成されるため、除去する所定部分の形状、起伏の大きさそして溶接歪みに影響されない滑らかな自由曲面となる。よって、本発明の仕上げ加工装置は、ロボットが自由曲面データと加工前形状データとの差分に基づいて駆動されるため、非常に滑らかな表面に仕上げられる安定した品質を保つ製品を製造することができる。 According to the finishing apparatus and the finishing method of the present invention, in order to remove a predetermined part of the workpiece, the three-dimensional shape of the entire workpiece is measured, the removal data necessary for the removal is calculated, and the robot is based on the removal data. It is possible to automate a finishing process for finishing a series of grinding, polishing, and the like that drives. The free-form surface data of the finished surface is created by removing the data of the predetermined part to be removed from the entire data before processing, so it is smooth without being affected by the shape of the predetermined part to be removed, the size of the undulations, and the welding distortion A free-form surface. Therefore, since the robot is driven based on the difference between the free-form surface data and the shape data before processing, the finishing device of the present invention can manufacture a product with a stable quality that can be finished to a very smooth surface. it can.
本発明の仕上げ加工装置及び仕上げ加工方法で用いられる自由曲面生成手段によれば、まず除去する所定部分の形状、起伏の大きさそして溶接歪みに影響されない自由曲面である第1自由曲面データが得られる。次に、残存形状データのうち第1自由曲面に連結される各結合点の座標データと第1自由曲面データとを用いて最終的な仕上げ目標面である第2自由曲面データを計算するため、除去する所定部分だけが滑らかな表面に仕上げ加工されるだけでなく、除去する所定部分と残存する形状部分との境界部分も段差がない滑らかな表面に仕上げ加工することができる。 According to the free curved surface generating means used in the finishing apparatus and finishing method of the present invention, first free curved surface data that is a free curved surface that is not affected by the shape of the predetermined portion to be removed, the size of the undulation, and the welding distortion is obtained. It is done. Next, in order to calculate the second free-form surface data which is the final finish target surface using the coordinate data of each connection point connected to the first free-form surface and the first free-form surface data among the remaining shape data, Not only the predetermined portion to be removed is finished to a smooth surface, but also the boundary portion between the predetermined portion to be removed and the remaining shape portion can be finished to a smooth surface without a step.
本発明の仕上げ加工装置及び仕上げ加工方法で用いられるロボット制御手段によれば、除去データからロボットの加工ツールの制御データと移動経路とを制御データ作成手段により作成され、ロボットは制御データに従って加工ツールを駆動し移動経路に従ってロボットを移動するため、一切人の手による手間が掛かることなく所定部分の除去作業を仕上げまで行うことができる。 According to the robot control means used in the finishing device and the finishing method of the present invention, the control data and the movement path of the robot processing tool are created from the removal data by the control data creation means, and the robot is processed according to the control data. Since the robot is moved according to the movement path by driving the predetermined portion, it is possible to carry out the removal operation of the predetermined portion up to the finish without any human labor.
本発明の仕上げ加工装置は、ワークが固定されるため、安定して仕上げ加工が行える。 Since the workpiece is fixed, the finishing device of the present invention can stably finish the workpiece.
以下、実施例を用いて本発明を具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples.
(実施例)
本実施例の仕上げ加工装置1の構成斜視図を図1に示し、側面図を図2に示す。
(Example)
A configuration perspective view of the finishing apparatus 1 of this embodiment is shown in FIG. 1, and a side view is shown in FIG.
図1及び図2において、仕上げ加工装置1は、ワーク2の仕上げ加工を行うロボット3と計測手段4と作業台5とが床6に固定されており、図示していない計算機とを含んでいる。
1 and 2, a finishing apparatus 1 includes a robot 3 that finishes a
ワーク2は、二つの部材を溶接により突き合わせた溶接部分(ビード)20を含む。
The
ロボット3は、ビード20を仕上げ加工を行うために使用する加工ツール30と加工ツール30を目的の位置に移動させる腕31とを有している。ロボット3は、計算機によって得られる制御データと移動経路とに従って駆動される。
The robot 3 includes a
計測手段4は、ワーク2の三次元形状を測定するための三次元測定装置であり、投光器40と受光器41とを有している。投光器40はワーク2にレーザを照射し、受光器41は照射されたレーザの跳ね返ったレーザを受光する。そして、計測手段4は三角測量の原理によりワーク2の三次元形状を測定する。
The measuring means 4 is a three-dimensional measuring device for measuring the three-dimensional shape of the
作業台5は、ワーク2を図示していない固定手段で上部50に固定する。
The work table 5 fixes the
図3は、本実施例の仕上げ加工方法による仕上げ加工過程をまとめた仕上げ加工フローを示し、図4はワーク2のポリゴンと仕上げ目標形状とを示す。図3及び図4を用いて、本実施例の加工仕上げ装置1を用いて本実施例の仕上げ加工方法によりワーク2の所定部分を除去し仕上げる流れを計算機の構成を含めて説明する。
FIG. 3 shows a finishing process flow that summarizes the finishing process by the finishing method of the present embodiment, and FIG. 4 shows the polygon of the
本実施例の仕上げ加工装置1は仕上げ加工方法によって、作業台5にセットされたワーク2の所定部分を除去し仕上げる。
The finishing device 1 of this embodiment removes and finishes a predetermined portion of the
まず、S1では計測手段4がワーク2の三次元形状を測定し、加工前形状データを作成する。
First, in S1, the measuring means 4 measures the three-dimensional shape of the
次に、得られた加工前形状データを計算機にて処理を行う。計算機は、各ステップで使用されるポリゴン作成手段と第1自由曲面生成手段と第2自由曲面生成手段と除去データ作成手段と制御データ作成手段とロボット制御手段とを有する。 Next, the obtained shape data before processing is processed by a computer. The computer includes polygon creating means, first free curved surface creating means, second free curved surface creating means, removal data creating means, control data creating means, and robot control means used in each step.
S2は、ポリゴン作成手段を用いて加工前形状データからビード20の除去形状データを取り除いた残存形状データでポリゴン21を作成する。除去形状データは、ビード20にビード20近傍の所定幅のデータを含めたものである。
In S2, the
S3は、第1自由曲面生成手段を用いてポリゴン21からNURBS、スプライン、ベジェなどを用いて、ビード20の目標仕上げ面である第1自由曲面データを計算する。
In S3, the first free-form surface data that is the target finish surface of the
S4は、第2自由曲面生成手段を用いて目標仕上げ面の第1自由曲面データに接続される残存形状データと第1自由曲面データとで最終的な目標仕上げ面である第2自由曲面データを計算する。 In S4, the second free curved surface data which is the final target finished surface is obtained from the remaining shape data and the first free curved surface data connected to the first free curved surface data of the target finished surface using the second free curved surface generation means. calculate.
S5は、除去データ作成手段を用いて加工前形状データと第2自由曲面データとの差から研削量(除去データ)を計算する。 In S5, the grinding amount (removal data) is calculated from the difference between the shape data before processing and the second free-form surface data using the removal data creating means.
S6は研削量が負であるかどうかを判定し、負である場合はS7で第2自由曲面生成手段で用いられるパラメータを変更し、S4の第2自由曲面生成手段を用いて再度第2自由曲面データを計算する。そして、S5の除去データ作成手段で研削量を計算する。再び、S6で研削量が負であるかどうかの判定を行う。S6で研削量が負でなくなるまで、S7でパラメータを設定し直しS4及びS5の計算を行う。研削量が負でないならば、S8へ進む。 In S6, it is determined whether or not the grinding amount is negative. If negative, the parameter used in the second free-form surface generating means is changed in S7, and the second free surface is again generated using the second free-form surface generating means in S4. Calculate surface data. Then, the grinding amount is calculated by the removal data creation means in S5. Again, in S6, it is determined whether the grinding amount is negative. Until the grinding amount becomes negative in S6, the parameters are reset in S7 and the calculations in S4 and S5 are performed. If the grinding amount is not negative, the process proceeds to S8.
S8は、制御データ作成手段を用いて研削量から加工ツール30の制御データとロボットの腕31の移動経路とを作成する。
In S8, the control data of the
S9は、ロボット制御手段を用いて制御データに基づき加工ツール30を動かし、移動経路に従ってロボットの腕31を移動させ、ワーク2のビード20を除去し仕上げ加工を行い滑らかな表面に仕上げる。
In S9, the
本実施例の仕上げ加工装置及び仕上げ加工方法によれば、ティーチングにより目標の仕上げ面を求めるのではないため、ワーク2の形状やビード20の形状が変化しても残存形状データから目標の仕上げ面を計算することができる。そして、仕上げ面を求める計算に除去形状データを含めないため、ビード20の起伏等の影響がない滑らかな表面を得ることができる。滑らかな表面のデータを用いて研削量が決定するため、ワークは非常に滑らかな表面に仕上げ加工される。
According to the finishing apparatus and the finishing method of the present embodiment, the target finished surface is not obtained by teaching. Therefore, even if the shape of the
以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではない。例えば、ワーク2、二つの部材を溶接したものであるが3つ以上の部材を溶接したもので、そのビードを除去するものでも良いし、一つの部材の凹凸をなくし滑らかな表面を仕上げるものでも良い。また、仕上げ加工を行うロボットは研削、研磨等を行うことができるものであれば、ロボットの大きさ、形状等はどのようなものでも良い。そして、計測手段4は、ワーク2の三次元形状を測定することが目的であるため、投光器40から縞パターンやユニークなパターンの光を照射し、受光器41でその跳ね返った光を受光し、フェーズシフト法、空間コード化法などにより加工前形状データを取得できれば良い。
As mentioned above, although the suitable Example of this invention was described, this invention is not limited to the said Example. For example, the
1:仕上げ加工装置
2:ワーク
20:ビード
3:ロボット
30:加工ツール 31:腕
4:測定手段
40:投光器 41:受光器
5:作業台
50:上部
6:床
1: Finishing processing device 2: Work piece 20: Bead 3: Robot 30: Processing tool 31: Arm 4: Measuring means 40: Projector 41: Receiver 5: Work table 50: Upper part 6: Floor
Claims (7)
該ワークの除去すべき該所定部分を含む三次元形状を測定し加工前形状データを得る計測手段と、
該加工前形状データから除去する該所定部分の除去形状データを取り除いた残存形状データから該所定部分の自由曲面データを得る自由曲面生成手段と、
該除去形状データと該自由曲面データより除去する除去データを作成する除去データ作成手段と、
該除去データに基づいて該ロボットを駆動し該ワークの該所定部分を除去するロボット制御手段と、
をもつことを特徴とする仕上げ加工装置。 A robot having a processing tool that removes and finishes a predetermined part of the workpiece;
Measuring means for measuring a three-dimensional shape including the predetermined portion to be removed of the workpiece and obtaining shape data before processing;
Free curved surface generating means for obtaining free curved surface data of the predetermined portion from the remaining shape data obtained by removing the removed shape data of the predetermined portion to be removed from the shape data before processing;
Removal data creation means for creating removal data to be removed from the removal shape data and the free-form surface data;
Robot control means for driving the robot based on the removal data to remove the predetermined portion of the workpiece;
Finishing device characterized by having.
該加工前形状データから除去する該所定部分の除去形状データを取り除いた残存形状データから該所定部分の自由曲面データを得るステップと、
該除去形状データと該自由曲面データより除去する除去データを作成するステップと、
該除去データに基づいて加工ツールを有するロボットを駆動し該ワークの該所定部分を除去するステップと、
をもつことを特徴とする仕上げ加工方法。 Measuring a three-dimensional shape including the predetermined portion to be removed of the workpiece to obtain shape data before processing;
Obtaining free-form surface data of the predetermined portion from the remaining shape data obtained by removing the removal shape data of the predetermined portion to be removed from the shape data before processing;
Creating removal data to be removed from the removed shape data and the free-form surface data;
Driving a robot having a processing tool based on the removal data to remove the predetermined portion of the workpiece;
A finishing method characterized by having
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