JP2019077017A - 加工装置、加工機械、加工装置システム、加工装置の設計方法 - Google Patents
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生産性を向上させるため加工装置はより高速で動作することが望ましい。しかし、アームの剛性が低い場合に、加工装置を高速で動作させると、可動部の移動反力により加工精度が低下することが判明した。剛性の高いアームを使用することも考えられるが、剛性の高いアームはサイズが大きく重いという問題がある。これらから、本発明者は、加工装置には高速動作時の加工精度の低下を抑制する観点で改善する余地があることを認識した。
このような課題は、アームに支持される加工装置に限らず他の構成の加工装置についても生じうる。
また、第1、第2などの序数を含む用語は多様な構成要素を説明するために用いられるが、この用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられ、この用語によって構成要素が限定されるものではない。
本発明の第1実施形態に係る加工装置について説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る加工装置1を含む加工装置システム100の一例を示す平面図である。図2は、加工装置システム100を示す側面図である。以下、XYZ直交座標系をもとに説明する。X軸方向は水平な左右方向に対応し、Y軸方向は水平な前後方向に対応し、Z軸方向は鉛直な上下方向に対応する。Y軸方向およびZ軸方向はそれぞれX軸方向に直交する。X軸方向は左方向、右方向あるいは横方向と、Y軸方向は前方向あるいは後方向と、Z軸方向は上方向、下方向あるいは縦方向と表記することがある。
図1および図2に示すように、加工装置システム100は、アーム機構102と、アーム機構102によって支持される加工装置1を備える。アーム機構102は、いわゆる産業用の多関節型ロボットの可動アームである。アーム機構102は、関節102f、関節102c、関節102e、関節102g、関節102hおよび関節102jの6個の関節によって、アーム102d、アーム102kおよびアーム102aを支持する。特に、関節102f、関節102gおよび関節102jは入力側に対して出力側を回転駆動する。関節102c、関節102eおよび関節102hは入力側に対して出力側を曲げ駆動する。アーム102dは関節102fおよび関節102cを介して基台102bに支持される。アーム102kは関節102eを介してアーム102dに支持される。アーム102aは関節102g、関節102hおよび関節102jを介してアーム102kに支持される。加工装置1はアーム102aの先端に固定される。加工装置システム100は、加工装置1の駆動機構によって後述する加工モジュールを駆動してワーク108上の所望の軌跡を移動させながら予め定めた加工をなす。
次に、加工装置1について説明する。図3は第1実施形態に係る加工装置1を示す平面図である。図4は、加工装置1を示す側面図である。図5は、加工装置1を示す正面図である。加工装置1は、加工モジュール12と、第1駆動機構14と、第2駆動機構16と、質量体18と、支持フレーム20とを主に含む。支持フレーム20は、加工モジュール12と、第1駆動機構14と、第2駆動機構16とが搭載されるベース部材として機能し、アーム102aの先端に固定される。
図2も参照しながら、加工モジュール12について説明する。加工モジュール12はワーク108に対して例えば加工や計測などの各種の加工をなす装置として機能する。加工装置1では、加工モジュール12はレーザ光12rを出力可能に構成され、レーザ光12rによってワーク108に対して切断や溶接などの加工をなす。加工モジュール12は、上下方向(Z軸方向)に延在する略円筒形状を有し、その下端からワーク108に向けてレーザ光12rを出力する。レーザ光12rは図示しない光ケーブルを用いて外部から導入されてもよい。加工モジュール12は接続部材26fにより後述する変換機構26の可動部26cに固定されている。
第1駆動機構14は、加工モジュール12を第1方向に移動させる動力源として機能する。モータ24は回転駆動力を発生する。変換機構26は回転運動を直線運動に変換する機構として機能する。特に、変換機構26は、回転運動を直線運動に変換して加工モジュール12を第1方向に移動させる。これらの図において第1方向はX軸方向に一致している。この例では、加工モジュール12は変換機構26の可動部26cに固定されている。モータ24が回転するとき、可動部26cは、回転駆動力から変換された直線駆動力によって加工モジュール12と一体的に移動する。モータ24と、変換機構26とは支持フレーム20に支持される。
第2駆動機構16は、質量体18を第1方向に移動させる動力源として機能する。第2駆動機構16は、加工モジュール12の第1方向における移動反力の少なくとも一部を打ち消すように質量体18を移動させる。例えば、図3において加工モジュール12が第1方向で右方(図中で下方)に移動するとき、質量体18を第1方向で左方(図中で上方)に移動させることにより、質量体18に加工モジュール12と反対向きの移動反力を生じさせることができる。つまり、質量体18を加工モジュール12と反対向きに移動させることにより、質量体18の移動反力が加工モジュール12の移動反力を打ち消すように作用する。
質量体18は、加工モジュール12が移動する際の反動を相殺するためのカウンタマスとして機能する。質量体18の形状としては特に限定されない。この例では、質量体18は、接続部18bと、一対のオーバーハング部18cと、延在部18dと、を含んでいる。接続部18bのX軸方向の中間部は可動部30cに固定されている。接続部18bのX軸方向の両端部は、一対のオーバーハング部18cに連結されている。一対のオーバーハング部18cは、接続部18bの両端部から加工モジュール12を越えてY軸方向に伸びている。一対のオーバーハング部18cは、Y軸方向およびZ軸方向に延在してX軸方向に薄い偏平な部材である。一対のオーバーハング部18cは、加工モジュール12をX軸方向の両側から挟むように配置されている。
次に、本発明の第2実施形態に係る加工装置10について説明する。第2実施形態の説明では、第1実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。第1実施形態と重複する説明を適宜省略し、第1実施形態と相違する構成について重点的に説明する。
第3駆動機構34は、加工モジュール12を第2方向に移動させる動力源として機能する。モータ44は回転駆動力を発生する。変換機構46は回転運動を直線運動に変換する機構として機能する。特に、変換機構46は、回転運動を直線運動に変換し、加工モジュール12を第2方向に移動させる。これらの図において第2方向はY軸方向に一致している。モータ44が回転するとき、回転駆動力から変換された直線駆動力によって可動部46cは第2方向に移動する。可動部46cが第2方向に移動することにより、支持フレーム20と、支持フレーム20に支持される加工モジュール12と、第1駆動機構14と、第2駆動機構16と、は第2方向に移動する。つまり、モータ44が回転することにより加工モジュール12は第2方向に移動する。モータ44と、変換機構46とは支持部材40に支持される。
第4駆動機構36は、質量部材38を移動させる動力源として機能する。第4駆動機構36は、加工モジュール12の第2方向における移動反力の少なくとも一部を打ち消すように質量部材38を移動させる。例えば、図7において加工モジュール12が第2方向で前方(図7で上方)に移動するとき、質量部材38を第2方向で後方(図7で下方)に移動させることにより、質量部材38は加工モジュール12と反対向きの移動反力を生じさせることができる。つまり、質量部材38を加工モジュール12と反対向きに移動させることにより、質量部材38の移動反力が加工モジュール12の移動反力を打ち消すように作用する。
質量部材38は、加工モジュール12が移動する際の反動を相殺するためのカウンタマスとして機能する。質量部材38の形状としては特に限定されない。図9に示すように、質量部材38は、支持部38bと、接続部38cと、一対の延在部38dと、を含んでいる。支持部38bは、質量部材38を可動部50cに支持する部材である。支持部38bは、一端が可動部50cに固定され、他端が変換機構50から遠ざかるようにZ軸方向に延伸する。支持部38bは、例えば角筒状であってもよい。接続部38cは、支持部38bと、一対の延在部38dと、を接続する部材である。接続部38cは、X軸方向およびY軸方向に延在してZ軸方向に薄い偏平な部材である。支持部38bの他端が、接続部38cのX軸方向およびY軸方向の中間領域に固定されている。
各実施形態の説明では、加工装置1、10が加工モジュール12を第1、第2方向に駆動する例について説明したがこれに限られない。加工装置1、10は、加工モジュール12を第1、第2方向に加えて、第3方向(Z軸方向)に駆動する駆動機構を備えてもよい。
各実施形態の説明では、加工装置1、10がアーム機構102によって支持されて使用される例について説明したがこれに限られない。例えば、加工装置1、10は所定の載置台に設置されて加工機械として使用されてもよい。例えば、樹脂を吐出する機能を有する加工モジュールを備えることにより、2Dまたは3Dの造形をなす加工機械を構成することができる。
各実施形態の説明では、加工装置システム100、200が加工装置1、10と多関節ロボットを備える例について説明したがこれに限られない。加工装置システムは、多関節ロボットに代えてガントリー型やカンチレバー型などの直交座標型ロボットを備えてもよい。
Claims (8)
- 加工対象を加工するための加工モジュールと、
回転運動を直線運動に変換して前記加工モジュールを第1方向に移動させる第1駆動機構と、
前記加工モジュールの第1方向における移動反力の少なくとも一部を打ち消すために、回転運動を直線運動に変換して質量体を移動させる第2駆動機構と、
を備え、
前記第2駆動機構が直線運動させる部分の質量は、前記第1駆動機構が直線運動させる部分の質量と実質的に等しく設定され、
前記第2駆動機構が回転運動させる部分のイナーシャは、前記第1駆動機構が回転運動させる部分のイナーシャと実質的に等しく設定されることを特徴とする加工装置。 - 前記第1方向に直交する平面に投影したとき、前記第2駆動機構が直線運動させる部分の重心は、前記第1駆動機構が直線運動させる部分の重心の近傍に配置されることを特徴とする請求項1に記載の加工装置。
- 回転運動を直線運動に変換して前記加工モジュールを第1方向と直交する第2方向に移動させる第3駆動機構と、
前記加工モジュールの第2方向における移動反力の少なくとも一部を打ち消すために、
回転運動を直線運動に変換して質量部材を移動させる第4駆動機構と、
をさらに備え、
前記第4駆動機構が直線運動させる部分の質量は、前記第3駆動機構が直線運動させる部分の質量と実質的に等しく設定され、
前記第4駆動機構が回転運動させる部分のイナーシャは、前記第3駆動機構が回転運動させる部分のイナーシャと実質的に等しく設定されることを特徴とする請求項1または2に記載の加工装置。 - 第2方向に直交する平面に投影したとき、前記第4駆動機構が直線運動させる部分の重心は、前記第3駆動機構が直線運動させる部分の重心の近傍に配置されることを特徴とする請求項3に記載の加工装置。
- 前記第1駆動機構、前記第2駆動機構、前記第3駆動機構および前記第4駆動機構それぞれは、ボールねじ機構を含むことを特徴とする請求項3または4に記載の加工装置。
- 請求項1から5のいずれかに記載の加工装置を備えることを特徴とする加工機械。
- 請求項1から5のいずれかに記載の加工装置と、
前記加工装置を支持する多関節型ロボットまたは直交座標型ロボットと、
を備えることを特徴とする加工装置システム。 - 請求項1に記載の加工装置を設計する方法であって、
前記第2駆動機構が直線運動させる部分の質量を、前記第1駆動機構が直線運動させる部分の質量と実質的に等しく設定することと、
前記第2駆動機構が回転運動させる部分のイナーシャを、前記第1駆動機構が回転運動させる部分のイナーシャと実質的に等しく設定することと、
を含むことを特徴とする加工装置の設計方法。
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JP2017207998A JP7023670B2 (ja) | 2017-10-27 | 2017-10-27 | 加工装置、加工機械、加工装置システム、加工装置の設計方法 |
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