JP2013166202A - 自動研磨装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】研磨残しが少なく、人間による研磨に近い表面の状態にすることができる自動研磨装置を提供することにある。
【解決手段】この自動研磨装置1は、スティック形状をなし、先端部に傾斜面2aを有する研磨部材2と、研磨部材2を被研磨物Sの被研磨面Suに対して傾斜するように保持する研磨部材ホルダ3と、研磨部材ホルダ3を固定し、研磨部材2が被研磨物Sから受ける力を研磨部材ホルダ3を介して計測する力センサ4と、力センサ4を固定し、関節部50を有するロボットアーム5と、被研磨物Sを保持する基台6と、力センサ4の計測に基づいて研磨部材2を被研磨面Suに押し当てる力の調整を行い、研磨部材2を被研磨面Suに押し当てたまま研磨部材2の直線的な移動を行うようにロボットアーム5を制御する制御部7と、を備えている。
【選択図】図1
【解決手段】この自動研磨装置1は、スティック形状をなし、先端部に傾斜面2aを有する研磨部材2と、研磨部材2を被研磨物Sの被研磨面Suに対して傾斜するように保持する研磨部材ホルダ3と、研磨部材ホルダ3を固定し、研磨部材2が被研磨物Sから受ける力を研磨部材ホルダ3を介して計測する力センサ4と、力センサ4を固定し、関節部50を有するロボットアーム5と、被研磨物Sを保持する基台6と、力センサ4の計測に基づいて研磨部材2を被研磨面Suに押し当てる力の調整を行い、研磨部材2を被研磨面Suに押し当てたまま研磨部材2の直線的な移動を行うようにロボットアーム5を制御する制御部7と、を備えている。
【選択図】図1
Description
本発明は、金型の研磨に好適な自動研磨装置に関する。
金型は、多くの部品製造に用いられており、高精度に研磨された表面が求められる。そのため、金型製造時に、鋼材が放電加工等により所定の金型の形状に加工された後、一般的には、熟練した職人が長い時間をかけて金型の表面を手作業により研磨作業を行っている。この研磨作業は、荒磨きと仕上げ磨きに大別される。荒磨きには、非常に長い時間が必要である。近年、熟練した職人自体が不足しており、また、納期の短縮化要求も有るため、研磨作業における荒磨きが自動化できれば、非常に有効である。
これまでに、研磨作業の一部を自動化した自動研磨装置が種々提案されている。例えば、特許文献1には、ロボットアームにツールヘッドを取り付け、ツールヘッドに研磨部材ホルダを取り付け、研磨部材ホルダで研磨部材を保持したものであって、ツールヘッドに研磨部材を回転させるモータ装置と研磨部材を被研磨面に対して略一定の圧力で加圧する加圧装置とを設け、動作制御装置により被研磨面上の研磨部材を所定のパスに沿って動かす自動研磨装置が記載されている。また、特許文献2には、先端が半球状の研磨部材が垂直軸に沿って上下して垂直軸周りに回転し、被研磨物を保持する台座が動いて被研磨物の姿勢と水平位置を変化させる自動研磨装置が記載されている。垂直軸やその他の研磨に必要な各軸の動きの制御は、正確に同期するように同一のコントローラ上で実行される。
しかしながら、これまでの自動研磨装置の多くは、特許文献1、2に記載されているように、研磨部材が回転することによって研磨するものであり、金型の被研磨面の凹んだ角部などに研磨残しが生じてしまうものであった。また、研磨部材の回転速度が大きく研磨部材の移動はゆっくりしたものであるので、人間による研磨とは大きく異なる表面の状態になりやすいものであった。
本発明は係る事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、研磨残しが少なく、人間による研磨に近い表面の状態にすることができる自動研磨装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、請求項1に記載の自動研磨装置は、スティック形状をなし、先端部に傾斜面を有する研磨部材と、前記研磨部材を被研磨物の被研磨面に対して傾斜するように保持する研磨部材ホルダと、前記研磨部材ホルダを固定し、前記研磨部材が前記被研磨物から受ける力を前記研磨部材ホルダを介して計測する力センサと、前記力センサを固定し、関節部を有するロボットアームと、前記被研磨物を保持する基台と、前記力センサの計測に基づいて前記研磨部材を被研磨面に押し当てる力の調整を行い、前記研磨部材を被研磨面に押し当てたまま前記研磨部材の直線的な移動を行うように前記ロボットアームを制御する制御部と、を備えていることを特徴とする。
請求項2に記載の自動研磨装置は、請求項1に記載の自動研磨装置において、前記制御部は、前記研磨部材を被研磨面に押し当てその力の調整を行ってから前記研磨部材を第1の方向に複数回往復移動させる往復研磨動作と、前記研磨部材を被研磨面から離して前記第1の方向に直交する第2の方向に移動する平行移動動作と、を順次繰り返す第1の研磨工程と、前記基台を回転させた後、前記往復研磨動作と前記平行移動動作とを順次繰り返す第2の研磨工程と、前記研磨部材を被研磨面に押し当てその力の調整を行ってから前記研磨部材をジグザグ移動させるジグザグ研磨動作を行う第3の研磨工程と、前記基台を回転させ、前記ジグザグ研磨動作を行う第4の研磨工程と、を実行するように、前記ロボットアーム及び前記基台を制御することを特徴とする。
請求項3に記載の自動研磨装置は、請求項2に記載の自動研磨装置において、前記第1及び第2の研磨工程では、前記第2の方向の移動の距離は順次、ランダムに変わることを特徴とする。
請求項4に記載の自動研磨装置は、請求項2又は3に記載の自動研磨装置において、前記第3及び第4の研磨工程では、前記ジグザグ移動の折れ曲がり角度は折れ曲がり毎に、或いは、前記第3の研磨工程と前記第4の研磨工程を繰り返す場合は前記第3及び第4の研磨工程毎に、ランダムに変わることを特徴とする。
本発明の自動研磨装置によれば、ロボットアームを制御してスティック形状の研磨部材の直線的な移動によって研磨を行うようにしたので、研磨残しが少なく、また、人間による研磨に近い表面の状態が可能になる。
本発明の実施形態を、以下説明する。本発明の実施形態に係る自動研磨装置1は、図1に示すように、研磨部材2と、研磨部材2を保持する研磨部材ホルダ3と、研磨部材ホルダ3を固定する力センサ4と、力センサ4を固定するロボットアーム5と、被研磨物Sを保持する基台6と、ロボットアーム5の動作を制御する制御部7と、を備えている。自動研磨装置1は、被研磨物Sの被研磨面Suにおける不要な凹凸を取り除くように自動的に研磨する装置である。また、この実施形態における被研磨物Sは、金型である。
研磨部材2は、図2に示すように、スティック形状をなしている。詳細には、研磨部材2は、薄厚長板状であり、大きさは限定されるものではないが、例えば、厚さ約2mm、幅約5mm、長さ約80cmのものを用いることができる。また、研磨部材2は、先端部に傾斜面2aを有している。この傾斜面2aの角度は、後述する研磨部材ホルダ3によって保持される研磨部材2の長手方向の角度θに応じて、傾斜面2a全体が被研磨物Sの被研磨面Suに適正に接触するような角度である。
研磨部材2の少なくとも傾斜面2aを含む先端部の表面近傍は、図3に示すように、硬くて粗い粒径の無数の砥粒20が分散し、砥粒20が結合材21により固定されている。砥粒20は、例えば、アルミナを主体とするものや炭化ケイ素を主体とするものなどである。研磨動作を繰り返すと、砥粒20が削られて行き、やがて砥粒20が剥がれて新しい尖った砥粒20が表面に表れることとなる。
研磨部材ホルダ3は、図1に示すように、研磨部材2を被研磨物Sの被研磨面Suに対して傾斜するように保持する。この傾斜の角度θは、例えば、被研磨面Suに対して約30度にすることができる。研磨部材2を傾斜させることにより、被研磨面Suの取り除く凹凸に対して研磨部材2がしなり、研磨部材2を被研磨面Suに適切な力で押し当てながら移動させることができる。
力センサ4は、研磨部材2が被研磨物Sから受ける力を研磨部材ホルダ3を介して計測する。力センサ4は、公知の多軸力センサ(例えば、6軸力センサ又は3軸力センサなど)を用いることができる。
ロボットアーム5は、複数の関節部50、50、・・・を有し、基部51が作業台WT等に位置固定されながら、力センサ4が固定される先端部52の多方向の動作が可能になっている。ロボットアーム5は、公知の多軸マニピュレータ(例えば、6軸マニピュレータなど)を用いることができる。
基台6は、保持する被研磨物Sを回動させることができるよう回動動作が可能である。
制御部7は、力センサ4の計測に基づいて研磨部材2を被研磨物Sの被研磨面Suに押し当てる力の調整を行い、研磨部材2が押し当てられたまま研磨部材2の直線的な移動を行うようにロボットアーム5を制御する。これにより研磨が行われる。また、制御部7は、被研磨物Sの回転移動を行うように基台6を制御する。なお、ここで、直線的な移動とは、被研磨物Sの被研磨面Suが平面の場合に、直線に沿って移動することをいう。また、図1においては、力センサ4から制御部7に至る力センサ4の計測信号の図示は省略している。
この制御部7によって制御される自動研磨装置1の研磨部材2は、スティック形状であって直線的に移動することによって研磨するので、回転することによって研磨するものと違って、被研磨物Sの被研磨面Suの凹んだ角部などに対して研磨残しを極力少なくすることができる。
また、研磨作業後には、被研磨物Sの被研磨面Suに研磨した研磨筋(研磨痕)が僅かに残る。この研磨筋は、避けられないものであるが、研磨部材2の直線的な移動による研磨は、研磨筋を揃えて目立たないようにし易い。これは、人間による研磨に近い表面の状態であり、研磨部材が回転することによって研磨するものよりも、研磨作業後の被研磨面Suの状態を良くする。
また、研磨部材2を被研磨物Sの被研磨面Suに押し当てその力の調整を行ってから、研磨部材2の直線的な移動による研磨を行うので、研磨回数が多くなって研磨部材2が研磨により自身が削られていても、研磨力が変化せずに研磨できる。それにより、研磨筋の残りを少なくするとともに、研磨される被研磨面Suに生じ易い波状のうねりも抑制することができるため、より人間による研磨に近い表面の状態になる。うねりにより、被研磨物Sの被研磨面Suをある角度から見た際に縞模様の模様が見えるようになり、目立ったうねりは、被研磨物Sを金型として製造された製品に転写され,製品としての価値がほとんどなくなってしまう場合も生じる。
以下、自動研磨装置1が実行する動作について、好ましい実施例を説明する。この実施例では、制御部7は、以下に示す第1の研磨工程と第2の研磨工程と第3の研磨工程と第4の研磨工程とを実行するように、ロボットアーム5及び基台6を制御する。これら4個の研磨工程によって、被研磨物Sの被研磨面Suが平面の場合の荒磨きが自動的に行われる。この被研磨物Sの被研磨面Suが平面の場合の荒磨きは、自動研磨装置1が実行すべき最も基本になる作業である。
第1の研磨工程では、研磨部材2を被研磨物Sの被研磨面Suに押し当てその力の調整を行ってから研磨部材2を第1の方向に複数回往復移動させる往復研磨動作と、研磨部材2を被研磨面Suから離して第1の方向に直交する第2の方向に移動する平行移動動作と、を順次繰り返す。第1の方向は、ロボットアーム5の基部51から離れたり近づいたりする方向である。
第1の研磨工程のより詳細な具体例を図4(a)に基づいて説明する。被研磨物Sの被研磨面Suの角部S1に研磨部材2を押し当て、その押し当てる力を、例えば15N(ニュートン)程度に調整する。その後、研磨部材2を被研磨面Suに押し当てながら第1の方向の正方向に研磨すべき指定距離SDだけ(角部S2まで)移動し、それから第1の方向の負方向に開始位置である角部S1まで移動する。この往復移動が指定回数行われる。これが往復研磨動作である。往復研磨動作後、平行移動動作によって距離DAだけ第2の方向の負方向に移動し、次の位置で同様に往復研磨動作を行う。これらの往復研磨動作と平行移動動作を繰り返す。そして、終了位置である角部S3と角部S4との間においても往復研磨動作を行う。
第2の研磨工程では、基台6を90度回転させた後、第1の研磨工程と同様に往復研磨動作と平行移動動作とを順次繰り返す。
第2の研磨工程のより詳細な具体例を図4(b)に基づいて説明する。基台6を90度回転させた後、被研磨物Sの被研磨面Suの角部S2に研磨部材2を押し当て、その押し当てる力を、例えば15N(ニュートン)程度に調整する。その後、研磨部材2を被研磨面Suに押し当てながら第1の方向の正方向に研磨すべき指定距離SD’だけ(角部S4まで)移動し、それから第1の方向の負方向に開始位置である角部S2まで移動する。この往復移動が指定回数行われる。これが往復研磨動作である。往復研磨動作後、平行移動動作によって距離DA’だけ第2の方向の負方向に移動し、次の位置で同様に往復研磨動作を行う。これらの往復研磨動作と平行移動動作を繰り返す。そして、終了位置である角部S1と角部S3との間においても往復研磨動作を行う。
第1の研磨工程と第2の研磨工程は、必要に応じて順次繰り返すようにもできる。
この第1の研磨工程と第2の研磨工程では、被研磨物Sの被研磨面Suの角部S1、S2、S3、S4は、凹んでいても研磨部材2が適切に当接するので、研磨残しは少ないものとなる。この角部S1、S2、S3、S4は、回転することによって研磨するもので研磨すると必ず研磨残しが発生する部分である。
第1の研磨工程と第2の研磨工程後には、被研磨面Suに研磨筋が僅かに残るが、往復研磨は一定方向の研磨なので、研磨筋が揃っている。従って、荒磨き後、ひいては仕上げ磨き後(研磨作業後)の被研磨面Suの状態が良いものとなる。
また、第1の研磨工程と第2の研磨工程は、研磨部材2を被研磨物Sの被研磨面Suに押し当てその力の調整を行ってから往復研磨しているので、研磨筋の残りが少なく、また、研磨される被研磨面Suの波状のうねりも抑制され全体の平坦度が高いものとなる。
第1の研磨工程と第2の研磨工程において、往復研磨動作後の平行移動の距離は、順次、ランダムに変わるのが好ましい。これは、研磨筋をより目立たなくするためである。例えば、研磨部材2の幅が約5mmの場合、平行移動の距離DAが0.5mmから1.5mmの範囲でランダムに変わるように、制御部7によってロボットアーム5を制御する。
次に、第1の研磨工程と第2の研磨工程の完了後に実行される第3の研磨工程と第4の研磨工程を説明する。
第3の研磨工程では、研磨部材2を被研磨面Suに押し当てその力の調整を行ってから研磨部材2をジグザグ移動させるジグザグ研磨動作を行う。
第3の研磨工程のより詳細な具体例を図5(a)、(b)に基づいて説明する。図5(a)は、第2の方向の負方向に徐々に向かいながらジグザグ移動させる研磨動作を示し、図5(b)は、第2の方向の正方向に徐々に向かいながらジグザグ移動させる研磨動作を示している。これらの研磨動作を一連のジグザグ研磨動作とする。
先ず、図5(a)に示すように、被研磨物Sの被研磨面Suの角部S1に研磨部材2を押し当て、その押し当てる力を、例えば5N(ニュートン)程度に調整する。その後、研磨部材2を被研磨面Suに押し当てながら第1の方向の正方向に研磨すべき指定距離SDだけ(角部S2まで)移動し、それから折れ曲がり、第1の方向の負方向に対して鋭角の折れ曲がり角度φで、角部S1から第2の方向の負方向に距離DBだけ隔てた次の位置まで移動する。そして、次の位置で同様の研磨動作を行う。これを繰り返し、角部S3を経て角部S4まで到達する。
それから、研磨部材2を被研磨面Suから一旦離して角部S3まで移動する。そして、図5(b)に示すように、被研磨物Sの被研磨面Suの角部S3に研磨部材2を押し当て、その押し当てる力を、例えば5N(ニュートン)程度に調整する。その後、研磨部材2を被研磨面Suに押し当てながら第1の方向の正方向に研磨すべき指定距離SDだけ(角部S4まで)移動し、それから折れ曲がり、第1の方向の負方向に対して鋭角の折れ曲がり角度φで、角部S3から第2の方向の正方向に距離DBだけ隔てた次の位置まで移動する。そして、次の位置で同様の研磨動作を行う。これを繰り返し、角部S1を経て角部S2まで到達する。
第4の研磨工程では、基台6を90度回転させた後、第3の研磨工程と同様のジグザグ研磨動作を行う。
第4の研磨工程のより詳細な具体例を図5(c)、(d)に基づいて説明する。図5(c)は、第2の方向の負方向に徐々に向かいながらジグザグ移動させる研磨動作を示し、図5(d)は、第2の方向の正方向に徐々に向かいながらジグザグ移動させる研磨動作を示している。これらの研磨動作を一連のジグザグ研磨動作とする。
先ず、図5(c)に示すように、被研磨物Sの被研磨面Suの角部S2に研磨部材2を押し当て、その押し当てる力を、例えば5N(ニュートン)程度に調整する。その後、研磨部材2を被研磨面Suに押し当てながら第1の方向の正方向に研磨すべき指定距離SD’だけ(角部S4まで)移動し、それから折れ曲がり、第1の方向の負方向に対して鋭角の折れ曲がり角度φ’で、角部S2から第2の方向の負方向に距離DB’だけ隔てた次の位置まで移動する。そして、次の位置で同様の研磨動作を行う。これを繰り返し、角部S1を経て角部S3まで到達する。
それから、研磨部材2を被研磨面Suから一旦離して角部S1まで移動する。そして、図5(d)に示すように、被研磨物Sの被研磨面Suの角部S1に研磨部材2を押し当て、その押し当てる力を、例えば5N(ニュートン)程度に調整する。その後、研磨部材2を被研磨面Suに押し当てながら第1の方向の正方向に研磨すべき指定距離SD’だけ(角部S3まで)移動し、それから折れ曲がり、第1の方向の負方向に対して鋭角の折れ曲がり角度φ’で、角部S1から第2の方向の正方向に距離DB’だけ隔てた次の位置まで移動する。そして、次の位置で同様の研磨動作を行う。これを繰り返し、角部S2を経て角部S4まで到達する。
第3の研磨工程の一連のジグザグ研磨動作と第4の研磨工程の一連のジグザグ研磨動作は、必要に応じて順次繰り返すようにもできる。
このような第3の研磨工程と第4の研磨工程は、第1の研磨工程と第2の研磨工程後に被研磨面Suに残った研磨筋を削って、研磨筋をより目立たなくするのに寄与することができる。
第3の研磨工程と第4の研磨工程において、折れ曲がり角度φ、φ’は、ジグザグ研磨動作による研磨筋を更に目立たなくするため、折り曲がり毎に、或いは、第3の研磨工程と第4の研磨工程を繰り返す場合はそれらの研磨工程毎に、ランダムに変わるのが好ましい。
この自動研磨装置1による荒磨き後には、人間による仕上げ磨き(例えば、サンドペーパー、ペーストなどを用いたもの)が行われる。非常に多くの時間を要する荒磨きを自動化することによって、職人の負担が軽減される。そして、荒磨き後の被研磨物Sの被研磨面Suを良い状態にすることで、仕上げ磨き時の職人の負担も軽減される。
また、自動研磨装置1による荒磨きは、被研磨物Sの被研磨面Suが曲面の場合でも可能である。この場合、制御部7は、被研磨物Sの被研磨面Suのどの位置でも研磨部材2の傾斜の角度θを保つようにして、研磨部材2の直線的な移動を行うようにロボットアーム5を制御することになる。ここでの直線的な移動は、被研磨面Suを正面から見て直線に沿って移動することである。
このように、自動研磨装置1により、被研磨物Sの被研磨面Suは、研磨残しが少なく、人間による研磨に近い状態にすることが可能になる。
以上、本発明の実施形態に係る自動研磨装置について説明したが、本発明は、実施形態に記載したものに限られることなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内での様々な設計変更が可能である。
1 自動研磨装置
2 研磨部材
2a 研磨部材の傾斜面
3 研磨部材ホルダ
4 力センサ
5 ロボットアーム
50 ロボットアームの関節部
6 基台
7 制御部
S 被研磨物
Su 被研磨物の被研磨面
WT 作業台
2 研磨部材
2a 研磨部材の傾斜面
3 研磨部材ホルダ
4 力センサ
5 ロボットアーム
50 ロボットアームの関節部
6 基台
7 制御部
S 被研磨物
Su 被研磨物の被研磨面
WT 作業台
Claims (4)
- スティック形状をなし、先端部に傾斜面を有する研磨部材と、
前記研磨部材を被研磨物の被研磨面に対して傾斜するように保持する研磨部材ホルダと、
前記研磨部材ホルダを固定し、前記研磨部材が前記被研磨物から受ける力を前記研磨部材ホルダを介して計測する力センサと、
前記力センサを固定し、関節部を有するロボットアームと、
前記被研磨物を保持する基台と、
前記力センサの計測に基づいて前記研磨部材を被研磨面に押し当てる力の調整を行い、前記研磨部材を被研磨面に押し当てたまま前記研磨部材の直線的な移動を行うように前記ロボットアームを制御する制御部と、
を備えていることを特徴とする自動研磨装置。 - 請求項1に記載の自動研磨装置において、
前記制御部は、
前記研磨部材を被研磨面に押し当てその力の調整を行ってから前記研磨部材を第1の方向に複数回往復移動させる往復研磨動作と、前記研磨部材を被研磨面から離して前記第1の方向に直交する第2の方向に移動する平行移動動作と、を順次繰り返す第1の研磨工程と、
前記基台を回転させた後、前記往復研磨動作と前記平行移動動作とを順次繰り返す第2の研磨工程と、
前記研磨部材を被研磨面に押し当てその力の調整を行ってから前記研磨部材をジグザグ移動させるジグザグ研磨動作を行う第3の研磨工程と、
前記基台を回転させ、前記ジグザグ研磨動作を行う第4の研磨工程と、
を実行するように、前記ロボットアーム及び前記基台を制御することを特徴とする自動研磨装置。 - 請求項2に記載の自動研磨装置において、
前記第1及び第2の研磨工程では、前記第2の方向の移動の距離は順次、ランダムに変わることを特徴とする自動研磨装置。 - 請求項2又は3に記載の自動研磨装置において、
前記第3及び第4の研磨工程では、前記ジグザグ移動の折れ曲がり角度は折れ曲がり毎に、或いは、前記第3の研磨工程と前記第4の研磨工程を繰り返す場合は前記第3及び第4の研磨工程毎に、ランダムに変わることを特徴とする自動研磨装置。
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106625246A (zh) * | 2016-10-31 | 2017-05-10 | 江苏华航威泰机器人科技有限公司 | 一种测力打磨机 |
US10987806B2 (en) | 2018-03-27 | 2021-04-27 | Fanuc Corporation | Production method and production system that use robot |
EP3538318B1 (en) * | 2016-11-08 | 2024-01-03 | ABB Schweiz AG | Method of polishing a work piece and system therefor |
-
2012
- 2012-02-15 JP JP2012030634A patent/JP2013166202A/ja active Pending
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