JP2019005811A

JP2019005811A - 自動研削装置

Info

Publication number: JP2019005811A
Application number: JP2017120568A
Authority: JP
Inventors: 雅純榎本; Masazumi ENOMOTO; 謙一八田; Kenichi Hatta
Original assignee: Aichi Sangyo Co Ltd
Current assignee: Aichi Sangyo Co Ltd
Priority date: 2017-06-20
Filing date: 2017-06-20
Publication date: 2019-01-17
Also published as: WO2018235328A1; TWM573681U

Abstract

【課題】複雑な形状の対象も研削可能で、安全性が高く、研削品質を高めた自動研削装置を提供すること。【解決手段】自動研削装置が、単位時間当りの研削量の大小に応じて負荷電流が増減するグラインダを用いて対象を研削する装置であって、グラインダの負荷電流を検出する電流検出手段と、前記グラインダの電流設定値と負荷電流検出値とを比較して、負荷電流が一定値となるように、グラインダと対象の被研削面との間の距離を調整して単位時間当りの研削量を加減すべく前記昇降機構を制御する制御装置と、３次元移動可能な産業ロボットへの装着ヘッドを備え、当該制御装置が、研削開始動作において、グラインダの研削面接触時から、負荷電流が一定値となるまでに所定の延長時間を確保し、当該所定の延長時間中に、研削面への加圧力を徐々に上昇させる手段を備えることからなる。【選択図】図２

Description

本発明は、自動研削装置に関する。より具体的には、グラインダを制御して研削除去量を一定にする自動研削装置に関する。

グラインダによる研削作業は、溶接ビードの余盛除去、切断部材のバリ取り、鋳肌面の仕上げなど多岐にわたる。砥石を使用するグラインダ研削では、必然的に砥石の消耗を伴い、研削能率を高めるとそれだけ砥石の消耗が多くなり、切粉の飛散などにより、手作業であると過酷な作業となる。

このため、グラインダによる自動研削装置が開示されている（特許文献１）。この装置は、単位時間当りの研削量の大小に応じて負荷電流が増減する電子グラインダを用いて溶接余盛を研削除去する装置であって、溶接線に沿って一定の速度で移動しうる走行台車上に横方向移動枠及び昇降機構を介して３次元的に可動に支持された電子グラインダと、電子グラインダの負荷電流を検出する電流検出手段と、前記電子グラインダの電流設定値と負荷電流検出値とを比較して、負荷電流が一定値となるように、電子グラインダと溶接余盛の被研削面との間の距離を調整して単位時間当りの研削量を加減すべく前記昇降機構を制御する制御回路と、前記電子グラインダの負荷電流が限界値に達したとき、前記電子グラインダの回転停止、上昇退避並びに走行停止の動作信号を出力する過負荷防止回路と、を有することを特徴とする溶接余盛の自動研削装置（請求項１）からなる。この装置によれば、電子グラインダの負荷電流を検出し、比較器によって設定電流値と比較して、実際の負荷電流が設定電流値より小さいときは電子グラインダを下降（加圧）させ、逆に実際の負荷電流が設定電流値より大きいときは電子グラインダを上昇させるように昇降機構を制御する。電子グラインダの負荷電流は一定に保持されるから、走行機構（走行台車）の移動速度が一定である限り、常に一定量の余盛を研削除去することが可能となる（「作用」）。

しかしながら、近年は研削すべき対象の形状は複雑なものも多く、直線的な走行機構では対応できないものも存在する。しかしながら、国際競争力を維持するためには、これらの対象についても自動で研削を可能にすることが望まれる。同時に、より研削品質をさらに向上されることも望まれている。

実開平06-083254号公報

そこで、本願発明は、複雑な形状の対象も研削可能で、安全性が高く、研削品質を高めた自動研削装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の自動研削装置は、単位時間当りの研削量の大小に応じて負荷電流が増減するグラインダを用いて溶接余盛、黒皮，バリ等の対象を研削する装置であって、グラインダの負荷電流を検出する電流検出手段と、前記グラインダの電流設定値と負荷電流検出値とを比較して、負荷電流が一定値となるように、グラインダと対象の被研削面との間の距離を調整して単位時間当りの研削量を加減すべく前記昇降機構を制御する制御装置と、３次元移動可能な産業ロボットへの装着ヘッドを備え、当該制御装置が、研削開始動作において、グラインダの研削面接触後の加圧制御開始時から、負荷電流が一定値となるまでに所定の延長時間を確保し、当該所定の延長時間中に、研削面への加圧力を徐々に上昇させる手段を備えることからなる。

また、本発明の自動研削装置は、単位時間当りの研削量の大小に応じて負荷電流が増減するグラインダを用いて対象を研削除去する装置であって、グラインダの負荷電流を検出する電流検出手段と、前記グラインダの電流設定値と負荷電流検出値とを比較して、負荷電流が一定値となるように、グラインダと対象の被研削面との間の距離を調整して単位時間当りの研削量を加減すべく前記昇降機構を制御する制御装置と、３次元移動可能な産業ロボットへの装着ヘッドを備え、当該制御装置が、研削開始動作において、グラインダの研削面接触後の加圧制御開始時から、所定の延長時間を確保し、当該所定の延長時間中、下降動作により制御負荷電流検出値を徐々に上昇させる手段を備えることからなる。

また、前記所定の時間を任意の時間に設定し制御する手段を備えることが好適である。また、研削開始動作において、加圧制御開始加圧力を、電流設定値と負荷電流検出値が一致する加圧力よりも低くする手段を備えることが好適である。また、研削開始動作において、研削面接触後の加圧制御開始時を任意で設定し制御する手段を備えることが好適である。

本願発明は、複雑な形状の対象も研削可能としながら、安全性が高く、研削品質を高めたものである。上記した特許文献１の技術においては、水平及び鉛直方向の移動手段が主として直線的であったがために、より複雑な形状の対象に沿うことが難しい。しかし、本発明では、装着ヘッドを介して産業用ロボット手首に搭載することで、曲面など複雑な形状や複数箇所の研削を可能にしている。また、産業用ロボットに搭載することで、グラインダ自体に特殊なセンサや平行機構を必要とせず、また研削姿勢に影響を受けず追随性能に優れる。

このように、産業用ロボットに搭載した自動研削装置は利点が多く、作業効率を向上させる。ただし、実際に試験を行うと、研削開始位置において非研削箇所と研削箇所に目立つ段差が発生し研削物が製品不良となる場合があることが判明した。これは、研削開始時にグラインダを下降させて研削する際、産業用ロボットは瞬時に研削開始位置に自動研削装置を下降させ、必要とされる加圧力を一気にかけることが可能（研削面に接触するまではグラインダは「下降」するが、研削面に接触した後も下降を続けた場合は、グラインダによる研削面への「加圧」となる。）だが、研削量が多い場合に必然的に段差が生じやすい上に、下降（加圧）スピードが高いと、想定位置と現実の位置の微妙な相違から、開始位置において想定値以上の研削がなされやすいことが原因ではないかと考えられた。そこで、本発明は、グラインダ側の制御装置により、研削開始動作において特異的にグラインダを、「そっと」研削面に触れさせて走行を開始し、「ゆっくりと」所定の負荷電流まで加圧することを可能にしたものである。すなわち、研削開始位置において、研削面に接触するまでの下降速度を調整できることを可能にし，また加圧制御開始時の加圧力を、設定電流値に相当する加圧力よりも低い加圧力とすることを可能にし、さらに加圧力を、走行しながら所望の一定値となるまで徐々に上昇するよう、所定の延長時間を設けたものである。この構成により、研削開始位置において非研削箇所と研削箇所の間に段差が発生せず、なめらかな研削品質を獲得しつつ、産業用ロボット側における複雑な制御設定を不要としたものである。

本願において、「徐々に上昇」とあるのは、一定の下降速度で上昇する場合、逓増する場合、何段階かに分けて上昇する場合のいずれをも含む。典型的には、一定の下降速度で上昇することが効率的及び品質的に好ましい。

「所定の延長時間」とは、加圧制御開始時から、加圧力及び／又は負荷電流検出値が徐々に上昇する間の時間であり、典型的には所定の延長時間経過時に、所望の加圧力（負荷電流検出値、電流設定値、又は負荷電流が電流設定値と一致すると想定される加圧力）となるよう制御される。通常、産業用ロボットの動作は非常に速く、瞬時にアームを上昇・下降させることができる。このため、仮に産業用ロボットにおいて、研削開始位置のみ加圧スピードを遅く設定させようとすると、産業用ロボット側で特異的にティーチングする必要が生じ、効率的ではない。そこで、本発明は、グラインダの制御装置側において、所定の延長時間経過時に所望の加圧力（負荷電流が電流設定値と一致すると想定される加圧力）となるよう、スライド機構の制御により下降（加圧）スピードを減少させて、走行しながら「ゆっくりと」加圧することとしたものである。

そして、所定の延長時間は、設定された値（例えば１秒など）として、固定した値とすることも可能であるが、回転スピードやグラインダ砥石素材、研削対象等によって望ましい延長時間が異なる場合もあることから、使用者が制御装置に対して任意の時間を入力することができることが好ましい。この入力された延長時間を基準に、延長時間経過時に電流設定値に対応する加圧力となるよう下降速度（加圧速度）を計算・調節して研削を実行する。ここで、入力される所定の延長時間を長く設定すれば、よりゆっくりと加圧を行うことが可能であり、より研削面はなだらかになる。一方、短く設定すれば、より素早く所望の値まで加圧させ、所定の研削量により早く達することが出来る。なお、延長時間経過時に、必ず負荷電流が電流設定値と一致しなければならないわけではなく、研削開始位置において過研削とならず、なめらかな研削品質が確保できるように制御されていれば良い。

さらに、研削開始位置において、研削面に接触するまでの下降速度を調整できることを可能にする手段と、グラインダの研削面への接触開始時加圧力を、電流設定値と負荷電流検出値が一致する加圧力よりも低くする手段を備えることで、研削面に最初に接触した時、より軽い加圧力でグラインダが研削面に接触することとしたものである。すなわちグラインダが研削面に「そっと」触れることを可能にしたものである。加圧制御開始加圧力は、好ましくは使用者が制御装置に対して任意の値を入力することができることが好ましい。例えば、電流設定値と負荷電流検出値が一致する加圧力を１００とした時、その１〜１００％中で任意に設定することできるよう構成することが挙げられる。１０％程度であれば、非常にソフトに加圧制御が開始されることとなり、９０％であれば、ほぼ必要とされる加圧力に近い状態から加圧制御が開始されることになる。研削面に接触するまでの下降速度も、通常の下降速度に対して例えば１〜１００％中で任意に設定することできるよう構成することができる。いずれにしても、研削開始動作における、加圧制御開始加圧力が、実質的に電流設定値と負荷電流検出値が一致する加圧力よりも低い値で接触させることができれば良い。

本願発明において、延長時間を設けて走行しながら加圧力を徐々に上昇させることと、研削面接触時に下降加圧力が減少させることを両方組み合わせると、簡単な作業でいかなる研削対象にもフレキシブルに対応が可能で、研削効率も研削品質も向上するものである。

そして、延長時間経過後は、グラインダの電流設定値と負荷電流検出値とを比較して、負荷電流が一定値となるように、グラインダと対象の被研削面との間の距離を調整して単位時間当りの研削量を加減すべく前記昇降機構を制御しながら、研削が進むものである。グラインダ側の制御装置から産業用ロボットに走行開始信号を出力することで、産業用ロボット側での設定作業が不要になるため、産業用ロボットの選択について汎用性の高い装置として提供することができる。

本発明によれば、複雑な形状の対象も研削可能で、汎用性及び安全性が高く、研削品質を高めた自動研削装置を提供することが出来る。

図１は本発明の自動研削装置を示す図である図２は本発明の制御の１例を示すタイムチャート図である

以下、図面を参照して本発明の実施の一例を説明する。
図１は、本発明の自動研削装置１を示す図である。グラインダ機構２が、昇降用スライダ３に設けられ、制御装置４及び高周波インバータ電源装置５と各々接続される。昇降用スライダ３は、上部装着ヘッドを介して産業用ロボット（図示せず）の手首先端に装脱着可能に構成されている。昇降スライダ３は、グラインダ砥石６と対象の被研削面との間の高さ方向の距離を制御する。昇降用モータにより昇降スライダ３は上下方向に摺動自在となっており、制御装置４を介して昇降用モータを正逆転させることで、グラインダ砥石６を上昇・下降させることができる。グラインダ機構２、昇降用スライダ３、制御装置４、高周波インバータ電源装置５及び産業用ロボットは、各種ケーブルによって相互に電気的に接続される。

制御装置４は、電流設定値とグラインダ機構２の負荷電流検出値とを比較して、負荷電流が一定値となるように、グラインダ砥石６と対象の被研削面との間の距離及び加圧力を調整する。制御装置４は、グラインダ砥石６の単位時間当りの研削量を一定に保ち、あるいは加減すべく昇降スライダ３を制御するためのものであって、グラインダモータの負荷電流を整流する整流素子と、整流された出力のノイズを除く平滑化回路と、前記負荷電流と設定値電流とを比較する比較器の算出・出力により昇降用モータの正逆転を決定する正逆切換器とを内蔵したシーケンサを備える。比較器はあらかじめ電流値設定器に設定された電流値と前記負荷電流とを比較し、その差の絶対値があらかじめ感度調整回路で定められた値を超えたときは、正逆切換え器から上昇または下降の信号を出力させる。グラインダ機構２の負荷電流が設定電流値より小さいときはグラインダを下降させ、逆に実際の負荷電流が設定電流値より大きいときはグラインダを上昇させるように昇降機構を駆動して一定量の余盛を研削除去することができる。入力項目としては、設定電流値のほか、研削面に接触するまでの下降速度、接触開始時加圧力、研削面接触時から負荷電流が一定値となるまでの所定の延長時間も含む。研削面に接触するまでの下降速度が設定された場合、通常の下降速度に対して減速した速度で昇降機構を制御する。接触開始時加圧力が設定された場合、設定値電流と負荷電流値が一致する加圧力に対して減じられた加圧力で対象に接するよう制御され、ロボットへ走行信号を送信し、ロボットが走行を始める。所定の延長時間が設定された場合、延長時間が経過した時に設定値電流と負荷電流値が一致するよう、徐々に加圧力を上昇させる制御を行う。これら設定は制御装置のタッチパネル等の入力機構により行う構成が好ましいが、上記手段を実現できる構成であれば、特に限定されない。

図２は、本発明の制御の１例を示すタイムチャート図である。まず、産業用ロボットの動作によりグラインダ砥石６が研削開始位置の真上まで移動する。その後、産業用ロボットより起動信号を受信し、グラインダ砥石６の回転が開始する。そして、予備時間（２秒）を経過した後、昇降スライダ３が下降し、研削面に接触する（研削面接触検出時７）。この時の下降速度は、任意で制御装置４に入力された下降速度であり、「そっと」接することが可能となっている。接触を負荷電流変化により検知すると同時に、制御装置４は産業用ロボットへ走行信号を出し産業用ロボットが走行を開始する。また、加圧制御も開始されるが、加圧制御開始加圧力８は、電流設定値に相当する加圧力に比べて低い。この加圧制御開始加圧力８は、制御装置４に対して任意に設定された値となっている。たとえば、入力された値が５０％であれば、制御装置４は研削開始位置における設定値電流を５０％とすることで、上記の昇降制御と同様の方法により、研削開始位置は走行時加圧力に対しおよそ５０％の力で加圧することになる。

グラインダが設定値電流と負荷電流値が一致する加圧力までは、一気に加圧がされることはなく、任意に設定された延長時間９の間、徐々に強められる。この延長時間９は、例えば１秒や３秒などとして入力することができる。この延長時間中の制御により、研削開始位置から、設定値電流と負荷電流値が一致する位置までの間、非研削箇所と研削箇所に目立つ段差を生じさせることがなく、非常になめらかで高い研削品質を確保することができる。

制御装置４は、延長時間９の経過時に設定値電流となるよう加圧スピードを一定で制御すれば、ほぼ所望の加圧力まで強めることができる。ただし、もし延長時間中に設定値電流と負荷電流値が一致した時は、過研削を防ぐために、それ以上加圧を実行することはなく昇降スライダ３の下降加圧は行われないことが望ましい。設定値電流と負荷電流値が一致した時又は延長時間９が経過した後、上記の通り、設定値電流と負荷電流値が一致する制御を行いながら研削を実行する（通常研削実行時１０）。研削が終了すると（研削終了時１１）、グラインダ砥石６の回転を停止し、ロボット走行を終了させ、グラインダ砥石６を上昇させて研削を終了させる。

以上の構成により、研削開始位置に非研削箇所と研削箇所に目立つ段差が発生することを防止し、研削品質が向上する。また、産業用ロボットに研削開始位置の上記動作を直接指示させる必要がないため、汎用性に優れる。また、複雑な研削面に対しても自動研削を可能にしているため、手作業が不要で安全性も高い。また、昇降スライダ３は産業用ロボットから独立させて作動可能であることから、自動研削装置１の点検・メンテナンスが容易である。

Claims

単位時間当りの研削量の大小に応じて負荷電流が増減するグラインダを用いて対象を研削する装置であって、グラインダの負荷電流を検出する電流検出手段と、前記グラインダの電流設定値と負荷電流検出値とを比較して、負荷電流が一定値となるように、グラインダと対象の被研削面との間の距離を調整して単位時間当りの研削量を加減すべく前記昇降機構を制御する制御装置と、３次元移動可能な産業ロボットへの装着ヘッドを備え、当該制御装置が、研削開始動作において、グラインダの研削面接触時から、負荷電流が一定値となるまでに所定の延長時間を確保し、当該所定の延長時間中に、研削面への加圧力を徐々に上昇させる手段を備えることを特徴とする自動研削装置。
単位時間当りの研削量の大小に応じて負荷電流が増減するグラインダを用いて対象を研削除去する装置であって、グラインダの負荷電流を検出する電流検出手段と、前記グラインダの電流設定値と負荷電流検出値とを比較して、負荷電流が一定値となるように、グラインダと対象の被研削面との間の距離を調整して単位時間当りの研削量を加減すべく前記昇降機構を制御する制御装置と、３次元移動可能な産業ロボットへの装着ヘッドを備え、当該制御装置が、研削開始動作において、グラインダの研削面接触後の加圧制御開始時から、所定の延長時間を確保し、当該所定の延長時間中、下降動作により制御負荷電流検出値を徐々に上昇させる手段を備えることを特徴とする自動研削装置。
前記所定の時間を任意の時間に設定し制御する手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の自動研削装置。
研削開始動作において、グラインダの研削面へ加圧制御開始加圧力を、電流設定値と負荷電流検出値が一致する加圧力よりも低くする手段を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の自動研削装置。
研削開始動作において、グラインダの研削面への加圧制御開始加圧力を任意で設定し制御する手段を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の自動研削装置。
研削面に接触するまでのグラインダの下降速度を任意で設定し制御する手段を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の自動研削装置。
単位時間当りの研削量の大小に応じて負荷電流が増減するグラインダを用いて対象を研削する装置であって、グラインダの負荷電流を検出する電流検出手段と、前記グラインダの電流設定値と負荷電流検出値とを比較して、負荷電流が一定値となるように、グラインダと対象の被研削面との間の距離を調整して単位時間当りの研削量を加減すべく前記昇降機構を制御する制御装置と、３次元移動可能な産業ロボットへの装着ヘッドを備えていることを特徴とする自動研削装置。