JP2019511381A - ロボット支援研削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
研削工具の摩耗に起因する負の又は望ましくない影響を少なくとも部分的に補償するロボット支援研削装置を提供する。
【解決手段】
他の実施形態によれば、ロボット支援研削装置は、マニピュレータ、リニアアクチュエータ、および回転研削工具を備えた研削機械を備え、この研削機械は、リニアアクチュエータを介してマニピュレータのＴＣＰに連結される。この装置は、研削工具を部分的に取り囲む保護カバーをさらに備える。保護カバーは、少なくとも１つの第１の側で保護カバーから回転する研削工具が突出する。さらに、位置調整装置が用いられ、この位置調整装置は、保護カバーを研削機械に接続し、研削機械に対する保護カバーの位置を調整するように構成されている。
【選択図】図８

Description

本発明は、回転する研削工具を有する研削機械をマニピュレータ（例えば産業用ロボット）によって案内するロボット支持研削装置の態様に関する。
バックグラウンド

研削および研磨プロセスは、ワークピースの表面仕上げにおいてますます重要になっている。自動化されたロボット支援の製造では、工業用ロボットが使用されており、その支援を受けて、例えば、研削工程を自動化することができる。

ロボットを用いた研削装置では、回転する研削工具（例えば研削ディスク）を備えた研削機械がマニピュレータ、例えば産業用ロボットによって案内される。研削プロセスの間、マニピュレータの、いわゆるＴＣＰ（ツール・センター・ポイント（Ｔｏｏｌ Ｃｅｎｔｅｒ Ｐｏｉｎｔ））は、（例えばティ―チイン（Ｔｅａｃｈ−Ｉｎ）によって、あらかじめプログラム可能な）経路（軌道）に沿って移動する。ＴＣＰの指定された経路は、ＴＣＰの位置及び向き、それによって研削機械の位置及び向きをすべての時点について決定する。したがって、マニピュレータの動きを制御するロボット制御は、一般に、位置制御を含む。

研削、研磨などの表面仕上げプロセスでは、加工力（工具とワークピースとの間の力）も仕上げ結果に重要であるため、通常は工具の位置を制御するだけでは不十分である。このため、工具はマニピュレータのＴＣＰに剛性的に接続されるのではなく、もっとも簡単な場合にはバネとすることができる弾性要素を介して接続される。処理力を調整するためには、多くの場合、処理力の調整（閉ループ制御）が必要である。力制御を実現する目的で、弾性要素は、マニピュレータのＴＣＰと工具との間（例えば、ＴＣＰと研削ディスクが取り付けられた研削機械との間）に機械的に結合された別個のリニアアクチュエータであってもよい。リニアアクチュエータは、マニピュレータと比較して比較的小さくてもよく、マニピュレータが工具を（リニアアクチュエータと共に）以前にプログラムされた軌道に沿って位置制御されて移動させる間、主に処理力を制御するために使用される。

実際には、工具の磨耗は問題を引き起こす可能性がある。研削中に、研削ディスクが研削プロセスの過程で摩耗し、その結果、研削ディスクの直径が減少する。この結果として、研削ディスクの（関連する加工パラメータでもあり得る）周速度が減少するだけでなく、ワークピースの表面に対する研削機械の位置（特に、研削工具の回転軸の位置）が変更される。研削ディスクが摩耗するほど、研削機械をワークピースの表面に近づけなければならない。

ドイツ特許出願公開公報 ＤＥ １０ ２０１１ ００６６７９ Ａ１

上述した、摩耗が引き起こす研削工具（研削ディスク）のサイズの減少は、とりわけ、以下の２つの結果をもたらす。特定の状況では、予め軌跡が決められたＴＣＰの場合、研削工具はワークピースの表面に遅すぎて（すわわち、誤った場所に）接触する可能性がある。さらに、ワークピースの表面と、研削機械に取り付けられ研削ディスクを部分的に取り囲む既存の保護カバーとの間のギャップの大きさも変化する。この隙間の大きさは、既存の吸引システム（研削屑の除去用）の有効性に影響を与える。

従って、本発明の１つの目的は、研削工具の摩耗に起因する負の又は望ましくない影響を少なくとも部分的に補償するロボット支援研削装置を提供することである。

上述の目的は、請求項１、１５及び２１に記載の装置ならびに請求項９及び２５に記載の方法によって達成される。本発明の様々な実施形態及びさらなる展開は、従属請求項の対象である。

ロボット支援研削装置が記載されている。一実施形態によれば、装置は、マニピュレータ、リニアアクチュエータ、および回転する研削工具を備えた研削機械を備える。研削機械は、リニアアクチュエータを介してマニピュレータに連結される。さらに、装置は、リニアアクチュエータの最大変位を規定するエンドストッパを備え、エンドストッパの位置は調整可能である。

さらなる実施形態によれば、ロボット支援研削装置は、マニピュレータ、リニアアクチュエータ、及び回転する研削工具を備えた研削機械を備え、研削機械は、リニアアクチュエータを介してマニピュレータに連結される。この装置は、回転する研削工具を部分的に取り囲む保護カバーをさらに備え、回転する研削工具は、少なくとも一方の側で保護カバーから突出する。さらに、位置調整装置が用いられ、この位置調整装置は、保護カバーを研削機械に接続し、研削機械に対する保護カバーの位置を調整するように構成されている。

他の実施形態によれば、ロボット支援研削装置は、マニピュレータ、リニアアクチュエータ、および回転する研削工具を備えた研削機械を備え、この研削機械は、リニアアクチュエータを介してマニピュレータのＴＣＰに連結される。この装置は、研削工具を部分的に取り囲む保護カバーをさらに備える。保護カバーは、少なくとも１つの第１の側で保護カバーから回転する研削工具が突出するように、マニピュレータのＴＣＰにしっかりと接続される。

さらに、マニピュレータと、調整可能なエンドストッパを備えたリニアアクチュエータと、回転する研削工具を備えた研削機械とを備えるロボット支援研削装置の動作の方法が記載される。ここで、研削機械は、リニアアクチュエータを介してマニピュレータに連結される。一実施形態によれば、この方法は、リニアアクチュエータの最大変位を規定するエンドストッパの位置を調整する工程を含む。

さらなる実施形態によれば、この方法は、マニピュレータにより研削工具を基準面に押し付ける工程を含み、同時に保護カバーの第１の側がストッパ（４１）に当接する。保護カバーは研削工具を少なくとも部分的に囲み、回転する研削工具は少なくとも一方の側で保護カバーから突出する。

研削工具の摩耗に起因する負の又は望ましくない影響を少なくとも部分的に補償できる。

力制御されたリニアアクチュエータによって産業用ロボットに連結された研削機械を備えたロボット支援研削装置の例示的な概略図である。 磨耗による直径の減少を伴う研削ディスクが保護カバーの位置にある影響を概略的に示す図である。 研削ディスクの保護カバーがロック装置を介して研削機械に連結されている実施形態の概略図である。 図３に示す保護カバーと研削ディスクの正面図であり、支持台と少なくとも１つのストッパを用いて保護カバーの位置を自動的に調整することを示す図である。 図３に示されたロック装置の例のより詳細な（研削ディスクの回転軸に垂直な）側面図（図５(ａ））、及び（研削ディスクの回転軸に平行な）正面図（図５（ｂ））である。 研削ディスクの保護カバーが研削機械に接続されておらず、その代わりにマニピュレータのＴＣＰに剛性的に接続されているさらなる実施形態の概略図である。図６（ａ）では研削ディスクが新規であり、図６（ｂ）では研削ディスクが既に部分的に摩耗している場合を示している。 固定的に決定された軌道において、より小さい（摩耗による）研削ディスク（図７（ｂ））のＴＣＰが、より大きい研削ディスク（図７（ａ））より遅くワークピースに接触するときに生じる問題を概略的に示す図である。 研削機械とＴＣＰを接続するリニアアクチュエータが、ワークピースと研削工具とが接触していないときに調整可能なエンドストッパに当接するさらなる実施形態の概略図である。エンドストッパの調整は、研削工具のサイズに応じて行うことができる。 図８に示す実施形態の代替例を示す図である。 エンドストッパを位置調節するために追加のアクチュエータの代わりにピストンロッドブレーキを有する、図８に示された実施形態のさらなる代替例を示す図である。 エンドストッパの自動調整／適合のための例示的な方法を示すフローチャートである。

本発明は、図面に示された例を用いて、以下により詳細に説明される。図面は、必ずしも一定の縮尺ではなく、本発明は図示された態様に限定されない。代わりに、本発明の根底にある原理を説明することに重点が置かれる。

種々の実施形態を詳細に説明する前に、ロボット支援研削装置の一般的な例を説明する。これは、マニピュレータ１（例えば産業用ロボット）と、回転する研削工具（研削ディスク）を有する研削機械１０を有し、研削機械１０は、マニピュレータ１のツールセンターポイント（ＴＣＰ）にリニアアクチュエータ２０を介して連結されている。 ６自由度の産業用ロボットの場合、マニピュレータは４つのセグメント２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄから構成され、それぞれがジョイント３ａ、３ｂ、３ｃを介して接続されている。第１のセグメントは、通常、ベースＢに固定的に接続される（但し、必ずしもそうである必要はない）。ジョイント３ｃは、セグメント２ｃおよび２ｄを接続する。ジョイント３ｃは、２軸的であり、水平回転軸（仰角）および垂直回転軸（方位角）の周りでセグメント２ｃを回転させることができる。ジョイント３ｂは、セグメント２ｂと２ｃとを連結し、セグメント２ｃの位置に対するセグメント２ｂの旋回運動を可能にする。ジョイント３ａは、セグメント２ａと２ｂとを接続する。ジョイント３ａは、２軸的であり、従って（ジョイント３ｃと同様に）２方向の旋回運動を可能にする。ＴＣＰは、セグメント２ａに対して一定の相対位置を有する回転ジョイント（図示せず）を含み、この回転ジョイントは、通常、セグメント２ａの長手方向軸Ａ（図１に一点鎖線で示す）の回りの回転運動を可能にする。ジョイントの各軸には、アクチュエータが割り当てられ、それぞれのジョイント軸の周りで回転運動を可能にする。ジョイント内のアクチュエータは、ロボットプログラムに従ってロボット制御装置４によって制御される。ＴＣＰは、（軸Ａの任意の向きにおいて）、（ある制限内で）任意の位置に配置することができる。

マニピュレータ１は、通常、位置制御される。すなわち、ロボット制御装置は、ＴＣＰの姿勢（位置及び向き）を決定し、前もって定義された軌道に沿ってＴＣＰを移動させることができる。アクチュエータ２０がエンドストッパに当たっているとき、ＴＣＰの姿勢及び研削工具の姿勢が規定される。先に述べたように、アクチュエータ２０は、研削加工中に工具（研削ディスク１１）とワークピースＷとの間の接触力（加工力）を所望の値に調整する役割を果たす。マニピュレータ１により加工力を直接制御することは、通常、不正確となる。これは、マニピュレータ１のセグメント２ａ〜２ｃの高い慣性のために、（例えば、研削工具がワークピース４０に接触したときの）力の急峻な変化の急速な補償は、従来のマニピュレータでは実際上不可能であるからである。このため、ロボット制御装置は、ＴＣＰの姿勢（位置および姿勢）を制御し、一方、接触力（図２の接触力ＦＫも参照）の制御は、研削機械１０とマニピュレータ１との間に連結されたアクチュエータ２０によって専ら行われるように構成される。

既に述べたように、研削プロセス中に、工具（研削ディスク１１）とワークピースＷとの間の接触力ＦＫは、（リニア）アクチュエータ２０及び（例えば制御ユニット４に実装され得る）力制御ユニットによって研削工具とワークピースＷとの間の接触力ＦＫが指定可能な所望の値に対応するように制御される。この場合に、接触力は、リニアアクチュエータ２０がワークピースの表面Ｓを押圧するアクチュエータ力FAに対する反作用である（図２も参照）。ワークピースＷと研削ディスク１１との間に接触が生じない場合、アクチュエータ２０は、この接触力ＦＫの不存在のために、（図１には示されていないかアクチュエータ２０に組み込まれている）エンドストッパに向かって移動する。マニピュレータ１の（制御装置４に実装することもできる）位置制御は、アクチュエータ２０の力制御とは完全に独立して実行することができる。アクチュエータ２０は、研削機械１０の位置決めに関与しないが、研削プロセス中の所望の接触力の調整および維持、ならびに工具とワークピースとの間の接触の検出を可能にする。接触は、例えば、エンドストッパからのアクチュエータ２０の変位がより小さくなるか、またはアクチュエータ２０の変位の変化が負になるときに検知することができる。

アクチュエータは、例えば、ダブル空気シリンダの空気圧アクチュエータであってもよい。しかしながら、他の空気圧式アクチュエータ、例えば、ベローズシリンダー及びエアマッスルであっても良い。代替として、直接電気駆動装置（ギアレス）も考えられる。空気圧アクチュエータの場合には、制御弁、（制御装置４に実装されている）調整器及び圧縮空気貯蔵器を用いて実現することができる。しかしながら、具体的な実施形態は、さらなる説明のためには重要ではないので、詳細には説明しない。

図２は、保護カバー１２によって部分的に覆われた研削ディスク１１の一例の正面図（すなわち研削ディスク１１の回転軸線Rの方向）を示している。明瞭化のため、図２において、研削機械１０、アクチュエータ２０及びマニピュレータ１は省略している。図２（ａ）（左）と図２（ｂ）（右）は、研削ディスク１１の直径が異なるだけである。また、図２（ａ）において、研削ディスク１１の直径ｄ_０は、図２（ｂ）の場合よりも大きく、図２（ｂ）では、研削ディスク１１の直径ｄ_１は摩耗により小さくなる（ｄ_１＜ｄ_０）。保護カバー１２が（図２には図示しない）研削機械１０に取り付けられているとき、保護カバー１２は研削機械１０（及び、その回転軸Ｒ）と共に移動する。この例では、研削ディスク１１が（例えばワークピースの）表面Ｓに接触するとき、ギャップサイズｃ_ＲＥＦまたはｃ（表面Ｓと保護カバー１２の下端との間の距離）は、研削ディスクの１１の直径に依存する。

図２（ａ）に示す（直径ｄ_０を有する新しい研削ディスクの）場合、ギャップサイズｃ_ＲＥＦは、研削ディスクの半径ｄ_０／２と、回転軸Ｒと保護カバーの端部との間の距離ｂとの差に等しい（ｃ_ＲＥＦ＝ｄ_０／２−ｂ）。この場合、距離ｂの値は、通常の場合のように保護カバー１２が研削機械１０にしっかりと取り付けられているので、研削機械１０が動作している間は同じままである。図２（ｂ）に示す場合（摩耗した研削ディスクの直径ｄ１の場合）のギャップサイズｃは、研削ディスク１１の直径ｄ１が図２（ａ）の場合（ｃ＝ｄ_１／２−ｂ）よりも小さいので、より小さい（ｃ＜ｃ_ＲＥＦ）。ギャップサイズｃ又はｃ_ＲＥＦは、例えば研削の粉塵を除去するための吸引装置（図示せず）が保護カバー１２に結合されている場合に、重要となる。表面Ｓと保護カバー１２との間の隙間から空気が吸引される。良好な吸引を達成するためには、隙間の大きさは、使用および実施に応じて、数センチの範囲内にある値ｃ_ＲＥＦに対応すべきである。使用中に、例えば、１５０ｍｍの長さの直径（ｄ_０＝１５０ｍｍ）を有する研削ディスク１１を７５ｍｍまで摩耗させることができる。実際には、ギャップサイズｃは、ｃ_ＲＥＦよりも大きくなるように選択されなければならず（結果として、最適な吸引性能よりも低くなる）、摩耗した研削ディスクの場合には、ギャップサイズｃはいつも零よりも大きい（少なくとも数ｍｍ）。あるいは、保護カバーの位置は、サービスマンによって、（値ｂを変更するために）距離を規則的に手動で変更されることが可能であるが、これは、比較的、コストが掛かり、ロボット支援製造において望ましくない。

図３に示す実施形態は、ギャップサイズｃの自動適合を可能にし、研削ディスク１１の大きさが変化した際に、ギャップサイズがほぼ一定であり、（所望の）値ｃ_ＲＥＦに対応スする（ｃ≒ｃ_ＲＥＦ）。図３は、保護カバー１２によって部分的に取り囲まれた研削ディスク１１を備えた研削機械１０の（視線が研削ディスクの回転軸Ｒに垂直になるような）側面図を示している。研削機械１０は、アクチュエータ２０を介してマニピュレータ１に機械的に接続されている。図示の例では、アクチュエータ２０とマニピュレータ１の最も外側のセグメント２ａとの間に、Ｌに類似した形状のブラケット２１が配置されている（図１も参照）。ブラケット２１は、（図１に示すように）リニアアクチュエータ２０をセグメント２ａの軸線Ａと同軸ではなく、９０°で傾斜させてマニピュレータ１に取り付けることを目的としており、これにより、研削機械の回転軸線Ｒは実質的に軸線Ａに平行となるように配置される。ロボットセルの用途や具体的な設計によっては、ブラケットを省略することも可能であり（アクチュエータ２０をマニピュレータ１に直接取り付ける）、又はブラケットを９０°以外の角度で使用することもできる。

図２に基づく実施形態とは異なり、保護カバー１２は研削機械１０に堅固に固定されるのではなく、ロック装置１３を介しており、ロック装置１３は、研削機械１０に対して保護カバー１２を移動させることが可能である。ロック装置１３は、保護カバー１２を、回転軸Ｒに対して直角の方向に（したがって、アクチュエータ２０の作動方向にもほぼ平行に）研削機械のハウジングに対して（ひいては研削ディスクに対して）直線的に移動させることができるように構成されている。摩耗により研削ディスク１１の直径が例えばｄ_０からｄ_１に変化すると、研削の間、ロック装置１３によって保護カバーを（ｄ_０−ｄ_１）／２だけ上昇させてワークピース表面と保護カバーの底面との間のギャップサイズを、少なくともほぼ所望の値ｃ_ＲＥＦに対応するように維持する（図２も参照）。保護カバー１２が動かされると、ロック装置１３は、所望の位置（距離ｂ）にロックすることができ、保護カバー１２は、研削機械に対して所望の相対位置に（ワークピースに対してｃ_ＲＥＦの距離で）に留まる。

ロック装置の代わりに、保護カバー１２を（研削機械１０に対して）様々な位置で固定することができる他の位置調整装置を使用することもできる。１つの可能な選択肢は、例えば、摩擦によって結合された２つの要素を用いて距離ｂ（図３参照）を調整することができる自己保持式の位置調整装置である。そのような場合、位置調整装置の２つの要素間の静止摩擦は、重力及び保護カバー１２に発生する慣性力よりも著しく大きくなければならない。距離ｂを変えるためには、位置調整装置の静止摩擦よりも大きい力を使用しなければならない。さらに他の位置調整装置は、（ピストン）ロッドブレーキ装置である。しかしながら、これは、一般に自己保持式ではなく、（位置調整前に）ロッドブレーキが解放されると、保護カバー１２が最低位置に落下する可能性がある。

研削ディスクは通常の動作中に小さくなるので、位置調整装置（例えば、ロック装置１３）は、保護カバー１２の位置（すなわち、距離ｂ）を一方向、距離ｂがより小さくなる方向にのみ適合させるだけで十分であり、研削ディスク１１が交換されるとき、位置調整装置はその最大距離（ｂ_ＭＡＸ）にリセットされる。したがって、ロック装置は少なくとも1つのロックラッチを含み、このロックラッチは、（距離bがより小さくなる）一方向に直線的な位置決めを可能にし、（距離bがより大きくなる）他の方向には、ロックラッチにより位置調整がブロックされる（ラチェットと同様、図５も参照）。

ここで、保護カバー１２が最初に、新しく摩耗していない、直径ｄ_０（例えば、ｄ_０＝１５０ｍｍ）を有する研削ディスク１１の場合には、ギャップサイズｃが所望の値ｃ_ＲＥＦに正確に対応するように（ｃ＝ｃ_ＲＥＦ）調整されると仮定される。数回の研削の後、研削ディスクが部分的に摩耗し、研削ディスク１１の直径がｄ１（例えばｄ１＝１４０ｍｍ）の値に減少し、その結果、ギャップサイズｃもまた（例えば、１０ｍｍに）減少する（ｃ＜ｃ_ＲＥＦ）。ギャップサイズｃをその元の値に戻すために、距離ｂが適合されなければならない（この例では、ｂは１０ｍｍだけ減少されなければならない）。自らの駆動を必要としないロック装置１３を、研削ディスクが部分的に摩耗した際に、自動的に位置調整するために、少なくとも１つのストッパ４１を有する支持台４０（例えば基準平面）がマニピュレータの近く（例えば、ロボットセル内のワークピースＷの隣）に配置される。ストッパ４１は、平面を規定し、この平面は支持台４０に平行に配置され、支持台４０までの距離が所望の値ｃ_ＲＥＦに対応している。マニピュレータ１は、時々（例えば、１回又は２回目の研削操作の後ごとに）、研削機械１０を支持台４０に向かって基準位置へ移動させ、ワークピース上へ押し付けるのと同様に研削ディスクの静止時に研削ディスク１１を支持台４０に押し付けるようにプログラムされている。少なくとも１つのストッパ４１は、研削機械が基準位置にあるとき、保護カバー１２の底面が少なくとも１つのストッパ４１に当接するように配置されている。研削ディスク１１が支持台４０（基準平面）に押し付けられることにより、保護カバー１２は、ギャップサイズｃが再び（ほぼ）所望の値ｃ_ＲＥＦに一致するまで上方に押し上げられる。

上述のギャップサイズｃ_ＲＥＦの調整手順は、図４に示されており、この図では、保護カバー１２とともに研削ディスク１１が示されている。図４は、図３の（回転軸線Ｒ方向の）正面図であり、図４は、図３における側面図となっている。基準位置において研削ディスク１１が図４に示すように、支持台４０に接触し（それにより回転軸Ｒが支持台４０に対して実質的に平行にある）、ギャップサイズｃ_ＲＥＦは、少なくとも１つのストッパ４１によって決定されるので、マニピュレータを基準位置に移動させることにより、距離ｂが値ｄ_１／２−ｃ_ＲＥＦに調整される。上述した、アクチュエータ２０の力制御により、調整手順の際に、研削ディスク１１が支持台４０に十分に載るように、アクチュエータの力が調整される。研削機械１０が再び支持台から持ち上げられ、離れると、位置調整装置の（ロック装置１３が使用されるとき、例えば、上述したようにロックラッチ又は静止摩擦を用いた）自己保持機能により、保護カバー１２は、もはや元の位置に滑って戻ることはない。

図５には、保護カバー１２と研削機械１０との間の位置調整装置の一実施形態としての図３のロック装置の実施形態がより詳細に示されている。図５（ａ）は、（回転軸線Ｒに垂直な視線の）側面図を示し、図５（ｂ）は、（回転軸線Ｒに平行な視線）後方からの対応する図を示す。研削ディスク１１は、モータ軸（回転軸Ｒ）を介して研削機械１０のモータに接続されている。保護カバー１２は、ロック装置１３を介して研削機械１０に接続されている。ロック機構の機能は上述した通りである。図５は、ロック機構の考えられ得る実施形態を示すためのものである。これによれば、ロック装置１３は、直線的に移動可能なキャリッジ１３１が取り付けられたフレーム１３０を備えている。この例では、キャリッジは、ｚ方向に移動可能である。キャリッジは、ロック歯部１３２を有し、ロック歯部１３２にロックラッチ１３３が係合しており、ロックラッチ１３３は、バネ１３５で付勢され、傾動軸１３４を中心にフレーム１３０に傾動可能に取り付けられている。バネ１３５は、ロックラッチ１３３をロック歯部１３２へ押している。ロック歯部１３２によって、キャリッジはｚ方向（距離ｂが小さくなる方向）に移動可能であり、バネ１３５のバネ力に抗してロックラッチ１３３を手動で持ち上げることにより、（ｚ方向の反対方向の）元の位置に戻すことができる。

図３及び図４に示す例では、ワークピース表面とマニピュレータのＴＣＰとの間の距離（表面に垂直）はｚ１に等しい。マニピュレータのＴＣＰの軌道は、一般に、ＴＣＰがある距離ｚ１でワークピース表面を追従するようにプログラムされる。研削作業中は、ロボットプログラムによって予め距離ｚ１が与えられている。研削ディスクの直径ｄ_０の摩耗による値ｄ_１（ｄ_１＜ｄ_０）への減少は、アクチュエータ２０の変位量ａを、値Δａ（Δａ＝（ｄ_０−ｄ_１）／２）だけ増加させることにより補償される。アクチュエータ２０は、所望の接触力を維持するために、その変位量ａを適合しなければならない（図１および図２参照）。研削機械１０は、その際、値Δａだけワークピースに近づく。図６の実施形態では、研削ディスクの直径が変化するときに、ワークピースＷの表面Ｓに対する保護カバー１２の位置が変化しないように、保護カバー１２は研削機械に取り付けられずに、代わりにマニピュレータ１のＴＣＰにしっかりと接続されている（例えば、ブラケット２１上の隅２１´を介して取り付けられている）。図６（ａ）では研削ディスク１１が新品で摩耗していない（直径ｄ_０）が、図６（ｂ）では同じ状況で研削ディスクが部分的に摩耗している（直径ｄ_１＜ｄ_０）。

本実施形態では、保護カバー１２がマニピュレータ１のＴＣＰに（すなわち、アクチュエータ２０を介さずに）しっかりと接続されているので、ギャップサイズｃは研削ディスク１１の直径に依存しないが、ワークピースの表面Ｓに対するＴＣＰの位置にのみ依存する（図６参照、距離ｚ１）。ギャップサイズが所望の値（ｃ＝ｃ_ＲＥＦ）に対応するように、ＴＣＰの位置をプログラムすることができる。一方、距離ａ及びｂは、研削ディスクの直径の減少に依存して異なり、ｂは小さくなり、ａは大きくなり、合計ａ＋ｂは常にｚ_１−ｃ_ＲＥＦの差に等しい。さらに、ｂ＝ｄ_１／２−ｃ_ＲＥＦかつａ＝ｚ_１−ｄ_１／２であることも当てはまる。保護カバー１２をＴＣＰに固定することにより（すなわち、ＴＣＰと保護カバーとの間の相対的な位置は研削ディスクが摩耗している間は変化しない）、前の実施形態で使用されたロック装置を省略することができる。

図７には、摩耗による研削ディスクの直径の減少のさらなる結果が示されている。図７（ａ）は、研削作業の開始を概略的に示し、回転する（新しい直径ｄ_０の）研削ディスクを有する研削機械１０は、マニピュレータ１によって処理される表面Ｓに向かって移動される。ＴＣＰの軌道は、図７（ａ）に例示的に示されている。ＴＣＰは、（開始位置ｘ_１から）表面Ｓに近づいている間、所望の前進速度ｖ_ｘでｘ方向に移動する。この段階で、アクチュエータ２０は、その最大の変位ａ_ＭＡＸの際に、エンドストッパに当たっている。位置ｘ_２において、研削ディスク１１は表面Ｓに接触し、力制御がアクティブである間（ａ＜ａ_ＭＡＸ）、アクチュエータの変位ａは減少する。ｘ_３の位置では、研削ディスクは一定の前進速度で静的な研削動作にある。

図７（ｂ）〜図７（ｄ）には、摩耗により研削ディスク１１の直径が小さくなった（ｄ_１＜ｄ_０）種々の状況が示されている。図７（ｂ）には、ＴＣＰの軌道が同じままであるとき、（直径ｄ１を有する）小さな研削ディスク１１が図７（ａ）のようにｘ_２点の表面に接触せず、点ｘ_２´（ここで、ｘ_２´＞ｘ_２）で接触し、これは、処理された表面がもはや図７（ａ）に示された場合と同じではないため、いくつかの用途では望ましくない可能性がある。この問題は、例えば、ＴＣＰの軌道を表面Ｓに近づけるように移動させることによって解決することができる。このような状況が図７（ｃ）に示されている。ＴＣＰ軌跡は、（ｄ_０−ｄ_１）／２の距離だけ表面Ｓに向かって（ｚ方向と反対方向に）移動される。しかしながら、この解決策は、研削ディスク１１の摩耗状態に応じて、ＴＣＰ軌道を適合（移動）する必要があるが、多くの生産ラインでは追加の望ましくない高い費用を伴う可能性がある。

上述したものとは異なるアプローチが図７（ｄ）に示されている。この場合、ＴＣＰ軌道は、位置ｘ_２で研削機械が表面Ｓに関して垂直にのみ移動し、したがって位置ｘ_２で軌道が表面Ｓに対して直角になるようにプログラムされる。この場合、研削ディスク１１の直径は重要ではない。研削ディスクは、常に点ｘ_２で表面Ｓに接触する（静止状態（位置ｘ_３）にある場合、アクチュエータ２０の変位ａのみが研削ディスクの直径に依存する）。しかし、表面に垂直に接触することは、いくつかの用途では望ましくない。これは、点ｘ_２で表面Ｓから過剰の材料が除去される危険性を生じるからである。最適な結果を得るには、研削ディスク１１が表面Ｓに接触する際に、研削機械が既に表面Ｓに平行な所望の前進速度に達していることが、多くの場合、望まれている。このような見地から、図７（ｃ）に示す方法（ＴＣＰの平行移動）がより良い可能性がある。

図８及び図９に示す実施形態では、図７（ｃ）と同じ結果が得られるが、マニピュレータ１のＴＣＰ軌道の適合は必要ない。既に述べたように、力制御アクチュエータ２０は、ワークピースＷの表面Ｓと研削ディスク１１とが接触していない限り、そのエンドストッパに当接している（変位ａは最大変位ａ_ＭＡｘに相当する）。このように、表面に対する研削ディスク１１の位置とアクチュエータの最大変位ａ_ＭＡＸは、ＴＣＰの位置（図８又は図９を参照、距離ｚ_１）によって決定される。図８及び図９の例では、表面Ｓと研削ディスク１１の回転軸Ｒとの間の距離は、（接触がない限り）ｚ１−ａ_ＭＡXに等しい（その後ｚ_１−ａとなる）。表面へのＴＣＰ軌道の移動の代わりに、アクチュエータ２０のエンドストッパを表面の方に近づけるように構成することもできる。これは、最大変位ａ_ＭＡＸが大きくなり、ＴＣＰ軌道を移動させるのと同じ結果をもたらす。

図８及び９の実施形態は、アクチュエータ２０のための位置調節可能なエンドストッパＥＡを除いて、図６の実施形態と本質的に同一である。両方の実施例（図８及び図９）において、ブラケット２１に対するエンドストップＥＡの位置は、位置調整要素５０（例えば、電気リニアアクチュエータ、スピンドル駆動、または駆動装置を備えたまたは備えていない任意の他の位置調整要素）によって調整することができる。図９の例では、アクチュエータ２０の下端部は、（位置調整要素５０で位置調整可能な）エンドストッパＥＡに直接隣接している。図８の例では、研削機械のモータハウジングの下端部がエンドストッパＥＡに隣接している。研削機械１０がアクチュエータ２０の下端にしっかりと接続されているので、図８のモータハウジングがエンドストップＥＡに当接している場合には、このエンドストップは、アクチュエータ２０のエンドストップとしても有効に機能する。

エンドストップＥＡを位置調整するための位置調整要素は、アクチュエータ２０及び完全に受動的な要素（例えば、ブレーキまたはブロッキング要素など）によって構成することもできる。図１０に示された例は、図８の例と本質的に同一であり、位置調整要素５０は（ピストン）ロッドブロック装置によって置き換えられている。ロッドブロック装置は、本質的に、リニアガイド５１でガイドされるロッド５２であり、ロッド５２は、ブロック要素５３（例えば、電気機械式または空気式ブレーキ／クランプ）によって（所定の移動範囲内の）任意の位置に固定され得る。ロッドブロック装置は周知であるので、ここではこれ以上説明しない。ブロック要素５３が解除されると、エンドストップＥＡを研削機械１０のハウジングの所望の位置に保持するために、例えばバネ要素５４により、エンドストップＥＡは、研削機械１０の方に引っ張られる。ブロック要素が作動されると（ロッド５２はリニアガイド５１内でブロックされる）、バネ要素５４のバネ力は効果をもたらさない（バネ要素５４はアクチュエータ２０に作用しない）。バネ要素（５４）はＴＣＰの基準位置に応じて任意である。例えば、ＴＣＰの基準位置は、研削ディスクが表面Ｓ上を上下逆さまになるように設定することができる。この場合、ブロック要素５３が解除されても、ピストンロッド５２の重さの力だけで、ピストンロッド５２を（研削機械１０のハウジング上に隣接して）所望の位置に保持できる。

エンドストップＥＡの位置を調整するために、マニピュレータは、基準面Ｓ（例えば、図８において、表面との距離ｚ_１）に対して所定の基準位置（距離）にＴＣＰを移動させることができ、それにより、研削ディスク１１が表面Ｓに接触する。この際、ロッドブロック装置は解放（非作動に）される。このとき、アクチュエータ２０の変位ａ_ＥＡは、研削ディスク１１の実際の直径ｄ_１に依存する。次いで、ロッドブロック装置は、この基準位置（位置ｚ_１のＴＣＰ）でブロックされ、アクチュエータ２０のそのときの変位ａ_ＥＡが最大の変位（事実上のエンドストッパの位置）として「保存」される。エンドストッパの位置ａ_ＥＡ（ａ_ＥＡ＝ｚ_１−ｄ_１／２）は、研削動作を行う際に、研削ディスク１１の実際の直径ｄ_１に依存せず、研削ディスク１１が常にｚ＝ｚ_１のＴＣＰ位置に置かれるように（図７参照）、調整される（直径ｄ_１の変化は、位置ａ_ＥＡの変化によって補償される）。

図１１は、アクチュエータ２０の最大の変位ａ_ＥＡを決定するエンドストップ_ＥＡの自動調整／適合を用いてロボット支援研削装置を動作させる方法の一例のフローチャートである。適切な研削装置は、図７乃至図１０を参照してすでに説明されている。最初に、マニピュレータ１は、そのＴＣＰを、図８乃至図１０の例でｚ＝ｚ_１で示された基準位置（表面Ｓに対して）に移動させる（図１１、ステップＳ１）。この基準位置で、研削ディスク１１は表面Ｓに接触し、アクチュエータ２０の変位ａは研削ディスクの実際の直径ｄ_１に依存する。図８乃至図１０の例では、ａ＝ｚ_１−ｄ_１／２（図１１、結果Ｒ１）が成り立つことがわかる。この変位は、ロッドブロック装置（図１０参照）を作動させるか、又は位置調整要素５０によりエンドストップＥＡの位置を、アクチュエータ２０の現在の変位ａが最大の変位量ａＥＡになるように適合させることにより（図８又は図９参照）、最大の変位として「保存」され得る。

１…マニピュレータ
２ａ、２ｂ、２ｃ…セグメント
３ａ、３ｂ、３ｃ…ジョイント
４…制御装置
１０…研削機械
１１…研削ディスク
１２…保護カバー
１３…ロック装置
２０…アクチュエータ
２１…ブラケット
４０…支持台
４１…ストッパ
５０…位置調整要素
５１…リニアガイド
５２…ピストンロッド
５３…ブロック要素
５４…バネ要素
１３０…フレーム
１３１…キャリッジ
１３２…ロック歯部
１３３…ロックラッチ
１３４…傾動軸
１３５…バネ
ＥＡ…エンドストッパ
表面（Ｓ）

Claims (25)

1. ロボットによって支援される研削装置であって、
   マニピュレータ（１）と、
   リニアアクチュエータ（２０）と、
   回転する研削工具（１１）を有し、前記リニアアクチュエータ（２０）を介して前記マニピュレータ（１）に結合されている研削機械（１０）と、
   前記リニアアクチュエータ（２０）の最大変位を規定し、その位置（a_EA）が調整可能なエンドストッパ（EA）と
   を有する研削装置。
2. 前記エンドストッパ（EA）の位置（a_EA）を調整するように構成された位置調整要素（５０）を更に有する請求項１に記載の研削装置。
3. 前記位置調整要素（５０）は、前記リニアアクチュエータ（２０）及びロッドブレーキ装置を有する請求項１又は請求項２に記載の研削装置。
4. 前記位置調整要素（５０）は、電気リニア駆動装置を有する請求項１又は請求項２に記載の研削装置。
5. 前記回転する研削工具の直径（ｄ_１）に応じてエンドストッパ（ＥＡ）の位置（ａ_ＥＡ）を調整するように構成された制御装置（４）を更に有する請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の研削装置。
6. 制御装置（４）を更に有する請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の研削装置であって、前記制御装置は、
   マニピュレータ（１）のツール・センター・ポイント（ＴＣＰ）を、前記回転する研削工具（１１）が表面（Ｓ）に接触する基準位置に移動させ、
   前記アクチュエータ（２０）の実際の変位（ａ）が前記エンドストッパ（ＥＡ）の位置（ａ_ＥＡ）によって規定される最大の変位と等しくなるように、前記エンドストッパ（ＥＡ）の位置（ａ_ＥＡ）を調整する。
7. 制御装置（４）を更に有する請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の研削装置であって、前記制御装置は、
   マニピュレータ（１）のツール・センター・ポイント（ＴＣＰ）を、前記回転する研削工具（１１）が表面（Ｓ）に接触する基準位置に移動させ、
   前記アクチュエータ（２０）の実際の変位（ａ）に応じて、前記エンドストッパ（ＥＡ）の位置（ａ_ＥＡ）を調整する。
8. 制御装置（４）を更に有する請求項３に記載の研削装置であって、前記制御装置は、
   前記ロッドブレーキ装置を解放し、
   マニピュレータ（１）のツール・センター・ポイント（ＴＣＰ）を、前記回転する研削工具（１１）が表面（Ｓ）に接触する基準位置に移動させ、
   前記エンドストッパ（ＥＡ）の位置（ａ_ＥＡ）を固定するために前記ロッドブレーキ装置を作動させる。
9. ロボットによって支援される研削装置の動作の方法であって、前記研削装置は、マニピュレータ（１）と、調整可能なエンドストッパ（EA）を有するリニアアクチュエータ（２０）と、回転する研削工具（１１）を有する研削機械（１０）とを有し、前記研削機械（１０）は、前記リニアアクチュエータ（２０）を介して前記マニピュレータ（１）に結合されており、前記方法は、
   前記リニアアクチュエータ（２０）の前記エンドストッパ（EA）の位置を調整する工程を有する。
10. 前記エンドストッパ（EA）の位置は、前記研削工具のサイズに依存する請求項９に記載の方法。
11. 前記研削工具は、研削ディスク（１１）であり、前記エンドストッパ（EA）の位置は、前記研削ディスク（１１）の直径に応じて調整される請求項９又は請求項１０に記載の方法。
12. 請求項９乃至請求項１１の何れか一項に記載の方法であって、前記エンドストッパ（EA）の位置（a_EA）を調整する工程は、
    前記マニピュレータ（１）のツール・センター・ポイント（ＴＣＰ）を、前記研削工具（１１）が表面（Ｓ）に接触する基準位置に移動させる工程と、
    前記アクチュエータ（２０）の実際の変位（ａ）が前記エンドストッパ（ＥＡ）の位置（ａ_ＥＡ）によって規定される、前記アクチュエータの最大の変位と等しくなるように、前記エンドストッパ（ＥＡ）の位置（ａ_ＥＡ）を調整する工程と
    を有する。
13. 請求項９乃至請求項１１の何れか一項に記載の方法であって、前記エンドストッパ（EA）の位置（ａ_ＥＡ）を調整する工程は、
    前記マニピュレータ（１）のツール・センター・ポイント（ＴＣＰ）を、前記回転する研削工具（１１）が表面（Ｓ）に接触する基準位置に移動させる工程と、
    前記アクチュエータ（２０）の実際の変位（ａ）に応じて、前記エンドストッパ（ＥＡ）の位置（ａ_ＥＡ）を調整する工程と
    を有する。
14. 請求項９乃至請求項１１の何れか一項に記載の方法であって、前記エンドストッパ（EA）の位置（ａ_ＥＡ）を調整する工程は、
    前記エンドストッパ（EA）の位置を変えることを可能とするためにロッドブレーキ装置を解放する工程と、
    前記マニピュレータ（１）のツール・センター・ポイント（ＴＣＰ）を、前記研削工具（１１）が表面（Ｓ）に接触する基準位置に移動させる工程と、
    前記エンドストッパ（ＥＡ）の位置）を固定するために前記ロッドブレーキ装置を作動させる工程と
    を有する。
15. ロボットによって支援される研削装置であって、
    マニピュレータ（１）と、
    リニアアクチュエータ（２０）と、
    回転する研削工具（１１）を有し、前記リニアアクチュエータ（２０）を介して前記マニピュレータ（１）に結合されている研削機械（１０）と、
    前記回転する研削工具（１１）を部分的に取り囲む保護カバー（１２）であって、少なくとも１つの第１の側で前記回転する研削工具（１１）が前記保護カバー（１２）ら突出している保護カバー（１２）と、
    前記保護カバー（１２）を前記研削機械（１０）に接続し、前記研削機械（１０）に対する前記保護カバー（１２）の位置（ｂ）を調整する位置調整装置（１３）と
    を有する研削装置。
16. 前記位置調整装置は、外力が存在しないときに前記保護カバー（１２）の調整された位置（ｂ）を維持するように構成されている請求項１５に記載の研削装置。
17. 前記保護カバー（１２）前記第１の側が前記マニピュレータ（１）及び／又は前記リニアアクチュエータ（２０）により少なくとも１つのストッパ（４１）に押されると、それに屈して、前記保護カバー（１２）の位置（ｂ）の変更が許容されるように前記位置調整装置が構成されている請求項１５又は請求項１６に記載の研削装置。
18. 前記位置調整装置は、ロック装置（１３）であり、前記ロック装置（１３）は、ロック用歯部（１３２）を有する第１の部材と、ロック用ラッチ（１３３）とを有する第２の部材を備える請求項１５乃至請求項１７の何れか一項に記載の研削装置。
19. 前記位置調整装置は、自己保持式であり、前記位置調整装置に作用する静止摩擦を克服するのに十分な大きさの外力が前記位置調整装置に加えられた場合にのみ調整可能である請求項１５乃至請求項１７の何れか一項に記載の研削装置。
20. ロボット制御装置（４）を更に有する請求項１５乃至請求項１９の何れか一項に記載の研削装置であって、
    前記ロボット制御装置（４）は、前記保護カバー（１２）の前記第１の側がストッパ（４１）に接している間、前記研削工具（１１）を基準面（４０）に押し付けることにより、前記保護カバー（１２）の位置（ｂ）が前記ストッパ（４１）の前記基準面（４０）からの距離（ｃ_ＲＥＦ）に応じて調整されるように前記マニピュレータ（１）を制御するように構成されている。
21. ロボットによって支援される研削装置であって、
    マニピュレータ（１）と、
    リニアアクチュエータ（２０）と、
    回転する研削工具（１１）を有し、前記リニアアクチュエータ（２０）を介して前記マニピュレータ（１）のツール・センター・ポイント（ＴＣＰ）に結合されている研削機械（１０）と、
    前記回転する研削工具（１１）を部分的に取り囲む保護カバー（１２）と、
    を有し、
    前記保護カバー（１２）は、少なくとも１つの第１の側で前記回転する研削工具（１１）が前記保護カバー（１２）から突出するように前記マニピュレータ（１）の前記ツール・センター・ポイント（ＴＣＰ）に堅固に接続されている。
22. 前記保護カバー（１２）に接続された吸引装置をさらに有する請求項１５乃至請求項２１の何れか一項に記載の研削装置。
23. 前記リニアアクチュエータ（２０）用の調整可能なエンドストッパ（ＥＡ）を更に有する請求項１５乃至請求項２２の何れか一項に記載の研削装置。
24. ロボットによって支援される研削装置の動作の方法であって、前記研削装置は、マニピュレータ（１）と、リニアアクチュエータ（２０）と、回転する研削工具（１１）を有する研削機械（１０）と、保護カバー（１２）とを有し、前記保護カバー（１２）は、前記研削工具（１１）を部分的に取り囲み、
    前記研削機械（１０）は、前記リニアアクチュエータ（２０）を介して前記マニピュレータ（１）に結合されており、前記回転する研削工具（１１）は、少なくとも１つの第１の側で前記保護カバー（１２）から突出しており、
    前記方法は、
    前記マニピュレータ（１）により前記研削工具（１１）の基準面への押し付けを実行し、同時に前記保護カバー（１２）の第１の側はストッパ（４１）に当接する工程
    を有する。
25. 前記押し付けにより、前記保護カバー（１２）は、前記研削機械（１０）に対して移動し、前記保護カバー（１２）と前記研削機械（１０）との間の相対位置が調整される請求項２４に記載の方法。