JP2018202598A - 中子バリ取り装置及び中子バリ取り方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】従来、中子等のバリ取りはワーク形状が複雑で、熟練度も必要な為、人手にて実施している場合が一般的である。近年、ロボット等によるバリ取り装置が開発されてきた。それはロボット等につけたツールにて、ワークのバリに沿って、ティーチング移動させ、バリ取りを行っているものである。しかし、そのティーチングデータは作業者の経験と勘により実施しており、正確性に欠けていた。更にワークの位置ズレ、サイズバラツキ、ワークの形状による取れ方の差異の影響で、精度の良いバリ取りを行うことが出来ない問題点があった。【解決手段】ティーチング治具によるデータを基に移動させ、丸棒ツールと、キリ刃ツールを、ワークの形状に合わせて切り替え、ワークの位置ずれ、温度変化とツールの摩耗量、ワークの形状に合った押し込み量を基準データに補正することにより、精度の良いバリ取りができることを特徴とするものである。【選択図】図1

Description

本発明は鋳造品のための砂型用中子のバリ取りを行う中子バリ取り装置及び中子バリ取り方法に関するものである。
従来、中子等のワークのバリ取りはワーク形状が複雑で、バリ取り量や取れ方等に熟練度も必要なため、悪い環境の中、人手にて実施している場合が一般的である。近年、ロボット等によるバリ取り装置が開発されてきた。それはロボット等に、回転体につけた丸棒ツールにて、治具にセットされたワークのバリに沿って、ティーチング移動させ、バリ取りを行っているものである。しかし、その基準データのティーチングは作業者の経験と勘により実施しており、正確な位置データではなかった。更にセットしたワークの位置がズレていたり、成型直後のワークは高温で全体の大きさに誤差があったり、ワークの細かい形状部による差異、すなわち、角部や平面や、曲面等については、同じ条件ではバリの取れ方が異なり、精度の良いバリ取りを行うことが出来なかったという問題点があった。また、このような従来の方法では取り過ぎた場合は不良品となり、不足の場合は作業者の追加手直しとなる、よって歩留まりが悪く、人手の手直し、ティーチングの修正に時間がかかり、生産性が低いという問題点があった。
本発明は上記ののような従来の問題点を解決して、中子のワークのバリを精度よく、かつ自動的に除去することができる中子バリ取り装置及び中子バリ取り方法を提供する。
上記の課題を解決するためになされた本発明の中子バリ取り装置及び中子バリ取り方法はティーチング治具による正確な基準データを基に移動させ、丸棒ツール回転手段と、キリ刃ツール振動手段を、ワークのバリの発生個所の形状に合わせて、バリ取りツール手段を切り替えて、バリ取りをするようにし、ワークの位置ずれ、温度変化とツールの摩耗量を測定し、基準データを補正するようにし、ワークの形状に合った押し込み量を基準データに加味し、バリ取りを行う。更にバリ取り直後の、ワークのバリの取れ具合を定期的に検出し、補正可否を選択できるようにすることにより、最適な、精度の良いバリ取りができることを特徴とするものである。
以上に説明したように、本発明の中子バリ取り装置及び中子バリ取り方法は、ティーチング治具を使用し、予め入力されたワーク形状のデータに基づき、ワークの形状に合ったバリ取りツールの押し付け量を反映し、その基準データで、ロボットに付けたバリ取りツールをワークの形状に沿って移動させながら、バリ取りを行う時、丸棒ツールでは取れないような角部の場合は、振動ツールに切り替えることで可能となり、ワーク自体の個体差、セットされた位置を接触センサにて測定し、その測定値と基準とのズレ量を演算し、ワークの温度を測定し、その測定値と基準との差を演算し、所定回数毎にツール摩耗量を測定し、その差を演算し、それらの演算結果を基準データに補正をし、バリ取り直後の、ワークのバリの取れ具合を定期的に検出し、その測定値とティーチング時の基準とのズレ量を演算し、そのズレ量の補正可否を作業者が選択できるようにすることにより、最適なバリ取り量が得られるようにしたことで、精度の良いバリ取りを行うことができるようになった。このため従来のような、歩留まり低下や人手の手直し、ティーチングの修正等の時間損失のない、中子等のバリ取り作業ができるようになった。
実施例に用いられる中子バリ取り装置の鳥瞰図である。 実施例に用いられるバリ取りツール部の鳥瞰図である。 実施例に用いられるワーク検出部の鳥瞰図である。 実施例に用いられるツール摩耗量検出部の鳥瞰図である。 ツール摩耗量検出部の詳細説明図である。 実施例に用いられるティーチング治具の鳥瞰図である。 丸棒ツールの詳細説明図である。 丸棒ツールの下面詳細説明図である。 キリ刃ツールの詳細説明図である。 キリ刃ツールの下面詳細説明図である。 実施例に用いられる治具判別部の鳥瞰図である。
以下に本発明を図示の実施例によってさらに詳細に説明する。図1は実施例に用いられる中子バリ取り装置の鳥瞰図、
図中、1はワークWが2個セットできるワーク治具であり、ここではワークWとして中子がセットされている。図1では、左右のワーク治具1は移動可能なスライドテーブル上にあり、図示しない作業者、ロボット間を移動できるように構成されている。ワーク治具1はワークW専用の治具であり、ワークWの品種が変われば、ワーク治具1も交換できるように構成されている。
このワーク治具1の後方中央には、ロボット2が架台3に取り付けられている。ロボット3のアームの先端部には、図3に示すようなバリ取りツール部4が取り付けられている左側のワークWをロボット2でバリ取り中、右側の完成ワークWは次ワークWと交換される。以降、左右交互にバリ取りを行う。図1では左右、同じワークWであるが、違う品種のワークでも構わないことは推測される。
ワーク治具1の両側面には、ワークWの位置、温度を測定するワーク検出部5が架台3に取り付けられている。バリ取り前のワークWを事前に検出するものである。ロボット2の可動範囲内に、ツール摩耗測定部6が架台3に敷設されている。
このロボット2は多関節ロボットであり、そのアームは6軸(S軸、L軸、U軸、R軸、B軸、T軸)方向に移動可能とされている。そのアームの軸端に相当するT軸は、バリ取りツール部4を回転する軸として構成されている。かつ、その装置内にバリ取りツール部4の姿勢制御を行う図示しない姿勢制御装置を内蔵しており、ワークWの位置データ等のティーチングが可能であり、その位置データでバリ取りツール部4を移動させバリを取ったり、T軸で回転し、ツールを切り替えたりすることが可能とされている。
図2はバリ取りツール部4の鳥瞰図、その本体部はロボット2のアーム軸端部のT軸に取り付けられている。バリを取るための丸棒ツール7は回転機器8の出力軸に、着脱可能に保持するホルダ9を介して取り付けられている。その回転機器8は支持部材10にて、バリ取りツー部4の本体部に固着されている。丸棒ツール7の先端外径部を使い、回転機器8により回転し、ロボット2により移動しながらバリを除去することができる。
また、バリを取るためのキリ刃11は、超音波機器12の筐体内にある振動子の出力軸に、着脱可能に保持する超音波ホルダ13を介して、取り付けられている。切り刃11は超音波機器12の軸方向に振動し、切り刃11の先端でバリを除去する。その超音波機器12も、同様に支持台14にて、バリ取りツール部4の本体部に、回転機器8に対し90度の位置に固着されている。回転機器8、及び超音波機器12は、図示しない専用コントローラにて制御可能となっている。
丸棒ツール7と切り刃11は、どちらか一方のツールでバリ取り作業を実施し、もう一方のツールはワークW等に干渉しないように固着されている。ワークWの形状により、丸棒ツール7では取り残すようなワークW角部の場合、角部に合った切り刃11にロボット2のT軸により、回動切り替えされ、切り刃11をワークW角部に当てバリを取ることにより、最適なバリ取りをすることが可能となっている。
2次元レーザー変位計31が丸棒ツール7に対し、直角に本体部に固着されいる。この2次元レーザー変位計31は検出距離1、幅mの範囲の距離を測定することが可能であり、図示しないコントローラにより幅mの範囲内で対象物の距離を個々に検出することができるものである。2次元レーザ変位計31はロボット2のT軸により回動し、切り替えられた位置は、その検出距離が丸棒ツール7でバリを取る高さと同じになっている。これにより、バリ取り後のバリ部の状況が幅mの範囲で高さとして測定できるようになっている。
2次元レーザ変位計31での検出は、あらかじめ決められた所定回数に達した時に回動切り替えをし、バリ取りした直後のワークWの所定複数ポイントのバリの取れ具合を検出するものである。そのポイントは基準位置データに、後述の位置補正値と温度補正値を加味した位置データ、つまり、バリ取り時の位置データを使用することにより、バリ部を検出したデータとティーチング時に検出した基準データを比較することができる。これにより得られた差異が、ワークWの位置や温度以外の要因によるズレ量に相当するので、基準位置データに追加補正をすればよいと考えられる。
しかし、ワークWの中子は砂を固めたものであり、その表面は凸凹状となっている。光検出器ではその面からの反射光量にバラツキが発生し、安定かつ正確な位置を検出することができない場合があった。これより、前記で検出したズレ量を数値表にし、図示しない表示器に表示し、補正可否の判断を作業者により、選択できるようにした。作業者はバリ取り直後のワークWのバリの状況を目視で判断できるため、数値表の値と比較し、補正可否を選択することができる。所定回数毎に作業者が介在することによるロスが発生するが、自動的に補正をし、不良品を出すリスクを考慮した場合、不良品を出さないこの方法がよく、最適な補正を実施することができる。
尚、実施例はそれぞれ、90度に配置しているが、他と干渉がなければこれに限らない。また実施例では2次元レーザ変位計31をロボット2に取り付けているが、下流装置または下流ユニトに取り付け、検査装置として測定し、得たデータをバリ取り装置側にフィードバックすれば、同様の効果を得ることが推測される。
図3はワーク検出部5の鳥瞰図、ワークの距離、温度を検出する検出手段である。ワーク治具1にセットされたワークWは、自体の個体差やワーク治具1との隙間により、その位置にバラツキが発生する。よって、ティーチングしたワークWの基準位置データとに差異が発生することになる。接触距離センサ15a,bはベース板17に固着され、ワークWのバリ取り作業前にその位置を検出することができる。
この接触距離センサ15a,bは図示しない電磁弁を介し、空圧駆動により先端部が所定量移動可能な構造で、ワークW面に移動し、接触停止した移動距離を図示しないセンサ用コントーラにて移動量の検出ができるものある。よって、ティーチング時の基準移動量から測定移動量を引くことにより、ズレ量を算出することができる。
実施例ではワークWが2個に付き、2個同時に検出する場合の図であり、ワークW単一としてもよいことは推測できる。実施例では15aは移動前状態、15bは移動後状態を表記したものであり、通常は両方とも移動前状態である。
尚、実施例ではワークWの位置ずれ方向が一次元の場合であり、数次元の場合でも同様であることは推測できる。また他の検出手段として光検出機器等が考えられるがワークWの中子は砂を固めたものであり、その表面は凸凹状となっている。光検出器ではその面からの反射光量にバラツキが発生し、正確な位置を検出することができない問題があった。
温度検出器16a,bは接触距離センサ15a,bに併設し、ベース板17に固着されている。温度検出器16a,bは非接触タイプで、バリ取り作業直前にワークWの所定部の表面温度を図示しないコントローラを介し、検出するものである。
ワークWは成型機械にて焼結成型され、取出し後、本機にセットされるが、成型直後のワークW自体は高温状態である。この高温状態のワークWをバリ取りするにあたり、バリ取りされるまでの時間や、周囲環境等により、多少の温度低下はするが高温である。しかしながら、ティーチング時の基準ワークWはティーチング作業に時間がかかるため、ほぼ周囲温度まで低下しているのが現実である。
ではバリ取りをするワークWを周囲温度まで低下させ、実施することが推測されるが、成型機とバリ取り装置の間でワークWを冷却保管する、保管棚やスペース、ワークWの出し入れに、余分な時間と設備が必要となるため、現実的ではない。また、ワークWが冷めた状態ではバリも硬化しており、バリ取り時間も多くかかり、生産性が低下する問題点もあった。以上から、バリ取りしたいワークWは成型機から取出し後、すぐにバリ取り作業をする方が最適である。このことから、バリ取りするワークWとティチングしたワークWには温度差があり、基準位置データとに差異が発生することになる。
実施例ではワークWを2個同時に検出する場合の図であり、ワークW単一としてもよいことは推測できる。
図4はツール摩耗量検出部6の鳥瞰図、ツール接触子24は拡大リンク18の上部に勘合されており、その拡大リンク18はピン19にて揺動可能に構成され、その拡大リンク18の下部側に、変位センサ20が取り付け板22にて取り付けられている。変位センサ20は先端部が摺動可能な構造になっており、ツール接触子24の揺動量を拡大リンク18を通し、測定することが可能となっている。
このように構成された検出部6において、図5に示すように、所定回数に達した丸棒ツール7の先端部をロボット2により、ツール接触子17に接触させ、図のように丸棒ツール7を矢印方向に所定量移動させることにより、丸棒ツール7の先端摩耗溝23の形状に沿って、ツール接触子24が倣い、拡大リンク18を介し、変位センサ20が同様に変動する。その変動量をコントローラ21を介し、得た測定波形32から、摩耗量を演算することにより、丸棒ツール7の先端部の摩耗量を検出することができる。
上記のようにツール摩耗量を検出することができれば、基準データに補正することや、バリが当たるツールの高さのみを補正することや、ツール溝深さと比較し、ツール交換アラーム等を出すことができる。
ツールの摩耗量検出はバリ取り所定回数毎に行うようになっている。ツールの摩耗は徐々に進行することは言うまでもなく、その移動距離にほぼ比例する。しかしワークW毎に移動距離を出すのは大変であり、実用的ではない。簡易的な目安として、ワークWを何個実施したという回数で管理し、実測経験に基づき、回数を決めている。その回数設定は図示しない操作盤等で各ワーク品種毎に設定が可能になっている。
また、価格、スペースの関係上、ツール摩耗量検出部6を具備しないバリ取り装置でも、実測経験で摩耗量の把握ができていれば、上記所定回数毎に、その摩耗量を基準データに補正するようにすることで、同様の効果を得ることができる。
図6はティーチング治具の鳥瞰図、丸棒ツール7と交換したティーチング治具が取り付けられている。治具棒25は上部はホルダ9にて保持され、もう一方の先端部は図の形状に切除されている。切除したその面に接触センサ26を固着し、その接触センサ26の面は回転機器8が回転自由状態であるので、ワークWのティーチング面に自由に回動合わせが可能となっている。その接触センサ26の接触点(検出点)は丸棒ツール7の外径端と一致する関係にしており、接触センサ26でティーチングした位置データは直接、丸棒ツール7でティーチングした場合と同じになるようになっている。それにより、ティーチング治具の位置データはそのまま、基準位置データとして使用できる。
更に、接触センサ26が接触したことを図示しないコントローラの信号で点灯する表示器27を治具棒25に取り付けられている。表示器27の点灯により、作業者に知らしめることができるため、勘に頼らない、正確なティーチング位置データを得ることができる。
尚、実施例では表示器27は治具棒25に具備したが、これに限らない。また、ブザー等のアラームとしても同様であることは推測できる。
丸棒ツール7でのバリ取り中、バリの抵抗により、丸棒ツール7に撓みが発生する。ならば、撓まないように移動スピードを下げて、バリ取りをすれば、良いことになるが、生産性が非常に悪く、実用的ではない。また、正確なティーチング位置データでバリ取り作業をしても、ワークWのバリ部の形状によって撓み量が変わるため、精度の良いバリ取りができなかった。つまり、曲面や平面のワークW形状に合わせた最適な押し込み量が必要であった。従来、その押し込み量を含んだ位置を作業者により、ティーチングしていたが、その作業者の経験や勘に頼ったやり方であったため、ティーチング位置精度が悪く、バリ取り品質に問題があった。そのため、ティーチング修正に多大な時間を費やしていた。
それを改善すべく、ワークWの形状、例えば平面形状で数種、曲面形状でも数種の最適な押し込み量を実測経験から設定し、その押し込み量データと、前記のティーチング治具による正確なティーチング位置データを組み合わせ、基準位置データとすることにより、最適な、精度の良いバリ取りができる。
また、丸棒ツール回転数と移動速度のどちらか一方、又は両方をその位置データに加味することにより、更に精度の良いバリ取りができる。
図7,8は丸棒ツール7の一実施例である。先端部に設ける凹溝cを、例では凹溝cの軸方向長さを、a部までのものを2ヶ所、b部までのものを2ヶ所等配に設ける構成にすることにより、a部は凹溝cが4ヶ所、b部は凹溝cが2ヶ所となり、a部とb部で凹溝c数が異なっていることがわかる。つまり、同じツール回転数でバリを取った場合、a部はb部に比べ、2倍速くバリを取ることができることになる。
なお、実施例の凹溝c数については、上下で異なれば同じ効果が得られるため、この限りではない。また、a部又はb部を使用するか否かは、ワークWのバリの大きさやワークWの形状により、ティーチング時に選択し決める。バリの大きい箇所はa部、小さい箇所はb部というような選択が一般的である。
時々特殊な使い方が必要な場合があり、以下に説明する。ワークWのバリ取り部の形状には、平面、斜面や曲面等いろいろあり、最適な押し込み量データでバリ取りをさせても、サイズの異なる曲面で、バリが連続している場合、連続して一度に移動する場合、その曲面の大きさによりバリの取れる量が異なることがある。
例えば、ワークWの一部が丸棒状で側面にバリがあり、丸棒状の外径の大きいものと小さいものが連続で続いている場合、同条件でバリを取った場合、丸棒状外径が小さい方が多く取れる傾向がある。このような時、途中から押し込み量を変えれば解決する。しかし、押し込み量を変えることは途中でポイントを増やすこととなり、その位置でワークWに段差がついたようになり、製品上好ましくない。よって、同じ条件で、連続で移動させるとともに、同時にツールの高さ方向に斜め移動させることにより、バリ取り量を変更することができ、精度の良いバリ取りを行うことができる。
図9,10はキリ刃ツール11の一実施例である。バリを取る先端部は角型形状にあり、各エッジ部e,f,g,hのキリ刃角度を少なくとも異なる角度で構成することにより、ワークWのバリ部の形状角度に相当する角度のエッジを使用することにより、取り残しの少ない、最適なバリ取りを行うことができる。また、エッジ部をわずかなR曲面にすることにより、ワークWの角部の曲面を削らない、最適なバリ取りを行うことができる。
図11は治具判別部を下から見た鳥瞰図、ワークWをセットするワーク治具1の裏面(下面)にセンサードグ30が必要数具備されており、ワーク治具1を固着する治具受け台29側に、センサードグ30のピッチに相対して、配置、取り付けられているセンサ28a,28b、28cとで構成される。治具判別部はワークWの品種毎にワーク治具1も変わるため、どのワーク治具1が取り付けられているか判別できるようにするものである。
例えば、センサ28aがセンサドグ30で1か所 ONであれば、1とし、センサ28a、28cがONであれば、3とする。このように2進数で治具番号を、判別することができれば、セットされている治具番号とバリ取り動作させるワーク品種を比較確認することができるため、作業者による誤選択操作、それによる誤動作、干渉を未然に防止することができる。
尚、実施例ではセンサ28は3個で2進数の7品種までであるが、実施する品種数により、センサ数を増減することは推測できる。
なお、図1実施例ではワーク1品種、2個、左右2か所でバリ取りを行うことができるようになっているが、ワークW1種、1個としてもよいことは推測できる。
1 ワーク治具
2 ロボット
3 架台
4 バリ取りツール部
5 検出部
6 ツール摩耗量検出部
7 丸棒ツール
8 回転機器
9 ホルダ
10 支持部材
11 キリ刃
12 超音波機器
13 超音波ホルダ
14 支持台
15 接触距離センサ
16 温度検出器
17 ベース板
18 拡大リンク
19 ピン
20 変位センサ
21 コントローラ
22 取り付け板
23 先端摩耗溝
24 ツール接触子
25 治具棒
26 接触センサ
27 表示器
28 センサ
29 治具受け台
30 センサードグ
31 2次元レーザ変位計
32 測定波形
W ワーク
a 丸棒ツール溝範囲a
b 丸棒ツール溝範囲b
c 凹溝
e 切り刃エッジ部e
f 切り刃エッジ部f
g 切り刃エッジ部g
h 切り刃エッジ部h
l レーザー検出距離
m レーザー検出幅

Claims (13)

  1. 中子バリ取り装置において、丸棒ツールを回転させてバリを取るツール回転手段と、キリ刃を超音波にて振動させてバリを取るツール振動手段とを具備し、ワークのバリの発生個所の形状に合わせて、前記バリ取り手段を切り替える、切替手段を備えた中子バリ取り装置
  2. 請求項1に記載の中子バリ取り装置において
    丸棒ツールが撓むように所定量、ワークに押し付けながら、バリ取り方向に移動するバリ取り方法で、ワークのバリの発生個所のワーク形状に合わせ、あらかじめ定められた、所定押付量をティーチング座標に反映する手段を備えた中子バリ取り方法
  3. 請求項1に記載の中子バリ取り装置において
    バリ取り量をツール回転数と移動速度のどちらか一方、又は両方を制御する制御手段を備えた中子バリ取り方法
  4. 請求項1に記載の中子バリ取り装置において
    ワークの位置を検出する、接触距離センサの検出手段と、ティーチング時の基準距離と比較演算する演算手段を備え、その演算手段より得たズレ量をティーチング座標に補正する補正制御を備えた中子バリ取り装置
  5. 請求項1に記載の中子バリ取り装置において
    ワークの温度を検出する温度検出手段とティーチング時の基準温度と比較演算する演算手段を備え、その演算手段より得たワークのサイズ差をティーチング座標に補正する補正制御を備えた中子バリ取り装置
  6. 請求項4に記載の中子バリ取り装置において
    ワークのバリ取り回数により、あらかじめ定められた、所定補正量を前記演算手段より得た補正量に加算し、ティーチング座標を補正、または補正方向をツール軸方向にする補正制御を備えた中子バリ取り装置
  7. 請求項1に記載の中子バリ取り装置において
    バリ取り作業後のバリの状態を検出する検出手段と、ワークのバリ取り回数により、あらかじめ定められた、所定回数に達した時、その検出手段に切り替え、ティーチング座標に請求項5と請求項6の補正量を補正し、所定測定ポイントに移動し、検出手段でバリの状態を検出するように制御する制御手段を備えた中子バリ取り装置
  8. 請求項7に記載の中子バリ取り装置において
    前記、バリ取り状態を検出する検出手段は2次元レーザー変位計とし、所定測定のポイントで測定したデータをティーチング時の基準データと比較演算する演算手段を備え、その演算手段により得たズレ量を表示する表示手段と、補正可否の判断を作業者により、選択可能とした制御手段を備えた中子バリ取り装置
  9. 請求項1に記載の中子バリ取り装置において
    ワークのバリ取り回数により、あらかじめ定められた、所定回数に達した時、バリ取りツールの摩耗量を測定するツール測定手段と、その測定手段から補正量を演算する演算手段と、その演算手段により得た補正量をティーチング座標に補正する補正制御を備え、また、演算手段により得た補正量がツール溝深さに達したときはツール交換アラームを出す機能を備えた中子バリ取り装置
  10. 請求項1に記載の中子バリ取り装置において
    丸棒ツールと交換可能な構造で、接触センサを具備したティーチング治具にてワークに接触させ、そのティーチング位置がバラつかないように治具、又は操作盤等に表示またはアラームで作業者に知らしめるティーチング治具を備えた中子バリ取り装置
  11. 請求項1に記載の中子バリ取り装置において
    丸棒ツールの先端部に設ける凹溝を少なくとも上下2段構成とし、下段の溝数と上段の溝数を異なるように構成することにより、同じツール回転数でも上下でバリの取れる量が変更できる丸棒ツールを備えた中子バリ取り装置
  12. 請求項1に記載の中子バリ取り装置において
    超音波にて振動してバリを取るキリ刃を角型形状にて構成し、各エッジの刃部のキリ刃角度を、少なくとも異なる角度で構成されるキリ刃を備えた中子バリ取り装置
  13. 請求項1に記載の中子バリ取り装置において
    ワークをセットするワーク治具において、治具を判別する複数個のセンサーと、治具に複数個のドグを具備し、その治具の品種を2進数で判別する判別手段と、その判別手段により、動作を制御する制御手段を備えた中子バリ取り装置
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