JP2021160024A - 自動研磨システム、及び研磨処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】研磨処理する前の塗膜の厚みが不均一な状態であったとしても、研磨処理後の膜厚が均一なものとなる自動研磨システムを提供すること。【解決手段】研磨対象領域Ｅを研磨する研磨具３と、研磨具３を研磨対象領域Ｅに対して移動させる研磨ロボット１と、研磨具３及び研磨ロボット１を制御する研磨制御器とを備えた自動研磨システムであって、研磨対象領域Ｅの塗膜の厚みを測定する膜厚測定器４と、研磨具３の動作条件を変更する動作変更機構と、を備え、研磨制御器は、膜厚測定器４によって測定される研磨対象領域Ｅの塗膜の厚みに応じて、動作変更機構を介して研磨具３の動作条件を変更するように構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、研磨対象領域を研磨する研磨具と、前記研磨具を前記研磨対象領域に対して移動させる研磨ロボットと、前記研磨具及び前記研磨ロボットを制御する研磨制御器とを備えた自動研磨システムに関する。

研磨工程の省力化を図るため、研磨具としてエアーサンダーや電動サンダーを装備する研磨ロボットによる自動研磨処理が実施されている。
当該研磨ロボットはさらに、力覚センサーや押付圧制御装置等を備えることで、ほぼ一定の力で研磨対象物を研磨するように構成されている。
尚、このような自動研磨処理については、広く一般に知られているものであるため、先行技術文献を開示しない。

従来の自動研磨処理によれば、研磨量が研磨対象領域Ｅで均一となるように一定の力で研磨処理を行った場合、図８に示すように、研磨する前の塗膜Ｃの厚みが均一であれば、研磨処理後の塗膜Ｃの厚みは均一になるが、図９に示すように、研磨する前の塗膜Ｃの厚みが均一でないときは、研磨過多な部分と研磨不足の部分が発生してしまうことになる。尚、図８及び図９において、Ｌは、残したい塗膜の厚みを示す。
特に、再塗装を行った後の塗膜においては、部分的に補修研磨処理と塗装処理が行われているため、塗膜の厚い箇所と薄い箇所との差が大きくなる傾向がある。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、研磨処理する前の塗膜の厚みが不均一な状態であったとしても、研磨処理後の膜厚が均一なものとなる自動研磨システムを提供することにある。

本発明に係る自動研磨システムの特徴は、
研磨対象領域を研磨する研磨具と、前記研磨具を前記研磨対象領域に対して移動させる研磨ロボットと、前記研磨具及び前記研磨ロボットを制御する研磨制御器とを備えた自動研磨システムであって、
前記研磨対象領域の塗膜の厚みを測定する膜厚測定器と、
前記研磨具の動作条件を変更する動作変更機構と、を備え、
前記研磨制御器は、前記膜厚測定器によって測定される前記研磨対象領域の塗膜の厚みに応じて、前記動作変更機構を介して前記研磨具の動作条件を変更するように構成されている点にある。

本構成によれば、塗膜の厚みに応じた研磨処理が実施されることによって、研磨処理する前の塗膜の厚みがたとえ不均一な状態であったとしても、研磨処理後において、研磨過多な部分や研磨不足の部分が発生せず、膜厚を均一なものとすることができる。

本発明に係る自動研磨システムにおいては、前記動作変更機構は、前記研磨対象領域に対する前記研磨具の押付力を調整する押付力調整機構、前記研磨具が有する研磨材を駆動させる電動機の回転数を調整する回転数調整機構、前記研磨対象領域に対する前記研磨具の移動速度を調整する移動速度調整機構、及び前記研磨具の研き重ね回数を調整する研き重ね調整機構のうちの少なくともいずれか一つを備えるものであると好適である。

本構成によれば、上記の押付力調整機構、回転数調整機構、移動速度調整機構、研き重ね調整機構のうちの少なくともいずれか一つを備えることによって、より効率良く且つ確実な研磨処理が実施されることとなり、膜厚をより均一なものとすることができる。

本発明に係る自動研磨システムにおいては、前記膜厚測定器によって研磨処理後の前記研磨対象領域の塗膜の厚みが再測定され、研磨量の不足している部分について、前記研磨制御器によって研磨処理が再度実施されるように構成されていると好適である。

本構成のごとく、塗膜の厚みの再測定と、研磨量の不足している部分についての再研磨処理とを行うことによって、研磨対象領域の塗膜の厚みをより確実に均一なものとすることができる。

本発明に係る自動研磨システムにおいては、処理対象物における前記研磨対象領域を設定するために、前記処理対象物の三次元形状を測定する形状測定手段をさらに備えていると好適である。

本構成によれば、処理対象物における研磨対象領域が自動的に抽出されることが可能になるため、より効率的に研磨処理を行うことができるようになる。

本発明に係る研磨処理方法の特徴は、
処理対象物における研磨対象領域を設定するために、前記処理対象物の三次元形状を測定する形状測定工程、
前記研磨対象領域の塗膜の厚みを測定する膜厚測定工程、及び
測定された塗膜の厚みが設定値の上限を超えている前記研磨対象領域の部分を研磨する研磨工程、を包含し、
前記研磨工程において、前記塗膜の厚みに応じて、研磨具の動作条件が変更されるように構成されている点にある。

本構成によれば、塗膜の厚みに応じた研磨処理が実施されることによって、研磨処理する前の塗膜の厚みがたとえ不均一な状態であったとしても、研磨処理後において、研磨過多な部分や研磨不足の部分が発生せず、膜厚を均一なものとすることができる。
さらに、測定された塗膜の厚みが設定値の上限を超えている部分を研磨するため、研磨処理にかかる時間を短縮することができる。

研磨対象領域を設定する工程を説明する図である。 研磨対象領域の塗膜の厚みを測定する工程を説明する図である。 研磨対象領域の塗膜の厚みに応じて自動研磨する工程を説明する図である。 研磨処理前における研磨対象領域の膜厚測定結果の一例を示す（ａ）平面図と（ｂ）断面図である。 研磨処理後における研磨対象領域の膜厚測定結果の一例を示す（ａ）平面図と（ｂ）断面図である。 研磨量を変更する方法の一例を示す図である。 研磨作業の処理フローを示す図である。 塗膜の厚みが均一の場合における従来の自動研磨システムによる研磨処理の説明図である。 塗膜の厚みが不均一の場合における従来の自動研磨システムによる研磨処理の説明図である。

〔第１実施形態〕
本発明に係る実施の形態を図面に基づいて説明する。
本実施形態では、本発明の自動研磨システムを、航空機Ａのボディ（処理対象物の一例）に適用した場合について説明する。尚、当該自動研磨システムは、航空機Ａに限らず、自動車、鉄道車両、船舶などにも適用することができる。当該自動研磨システムは、仕上げ塗装の下地処理として航空機Ａのボディに施したパテ塗装の塗膜表面を研磨処理することで、そのパテ塗料表面を仕上げ塗装に適した平滑面にする。

本実施形態における自動研磨システムは、研磨具を保持する研磨ロボット１と、研磨制御器（図示せず）と、ロボット制御装置（図示せず）と、研磨対象領域Ｅの塗膜Ｃの厚みを測定する膜厚測定器４と、を備える。尚、膜厚測定器４の、研磨ロボット１に対する取り付け方はどのようなものであってもよい。例えば、ツールチェンジャーにより使い分け可能な構成によって取り付けられていてもよい。

研磨ロボット１のアーム２には、研磨具としての電動サンダー３を保持させてあり、この電動サンダー３には、その動作条件を変更する動作変更機構として、研磨対象領域Ｅに対する押付力を調整する押付力調整機構（図示せず）が設けられている。尚、押付力調整機構は研磨ロボット１であってもよい。この場合は、研磨ロボット１が電動サンダー３を研磨対象領域Ｅに対して遠ざけたり近づけたりすることで、研磨対象領域Ｅに対する電動サンダー３の研磨材の押付力が調整される。

研磨処理にあたっては、先ず、図１に示すように、前記塗膜表面において研磨対象領域Ｅを指定し、その上で、公知の形状測定器（図示せず）を使用して研磨対象領域Ｅの三次元形状を計測する。

そして、図２に示すように、膜厚測定器４を使用して、研磨対象領域Ｅにおける塗膜Ｃの厚みを測定する。本発明に適用可能な膜厚測定器４としては、例えば、接触式、非接触式、レーザー光や超音波を使用する方式など、いずれの方式の膜厚測定器４を使用しても良いが、本実施形態のように、研磨具が押付力調整機構を備えるような場合には、ティーチングが容易になることから、接触式の膜厚測定器４を使用することが望ましい。

研磨対象領域Ｅを設定して、研磨対象領域Ｅの三次元形状データと膜厚データとを取得した後、図３に示すように研磨処理が実施される。

研磨制御器は、研磨ロボット１のアーム２の動作により電動サンダー３を研磨対象領域Ｅに配置させ、取得された三次元形状データ、膜厚データ、及び予め設定された運転条件に基づいて研磨処理を実施するように研磨ロボット１と電動サンダー３とを制御する。

本実施形態における研磨制御器は、研磨処理の間、膜厚データに基づいて、塗膜Ｃの厚みが厚い部分ほど研磨量が大きくなるように、あるいは塗膜Ｃの厚みが薄い部分ほど研磨量が小さくなるように、押付力調整機構を介して電動サンダー３の動作条件を変更する。

例えば、図４（ａ），（ｂ）に示すように、研磨対象領域Ｅにおける膜厚が７０μｍから４５μｍへと連続的に変化するような測定結果が得られており、図５（ａ），（ｂ）に示すように、研磨処理後の塗膜Ｃの残存膜厚を例えば４０μｍ±２０％としたい場合、図６に示すように、塗膜Ｃの厚みが厚い部分から薄い部分にかけて、研磨制御器が、押付力調整機構を介して電動サンダー３の押付力を８０Ｎから５０Ｎに連続的に低下させることによって、研磨量が３０μｍから５μｍに連続的に減少するように制御する。尚、図６における幅Ｘは、図４（ａ），（ｂ）及び図５（ａ），（ｂ）における研磨対象領域Ｅの幅Ｘに相当する。

研磨制御器が押付力調整機構を介して電動サンダー３の押付力を連続的に低下させる上述の構成に限らず、押付力を段階的に低下させるような構成としても良い。また、上述の構成とは逆に、研磨制御器が、膜厚が薄い部分から厚い部分にかけて、押付力を連続的もしくは段階的に増加させるような構成であっても良い。

また、研磨処置を一旦実施した後に、膜厚測定器４によって研磨処理後の研磨対象領域Ｅの塗膜Ｃの厚みを再測定し、研磨量の不足している部分については、研磨制御器によって研磨処理が再度実施されるように構成されていることが望ましい。

（研磨処理方法）
研磨処理方法の一例として、自動ティーチングシステムを研磨ロボット１に適用して処理対象物の研磨処理を実施する方法を、図７に沿って説明する。

先ず、スキャンエリアにおいて処理対象物の三次元形状を測定する（＃１）。
例えば、基準マーカーを有するパレット部材をベルトコンベアに載せて、さらに当該パレット部材の上に処理対象となる処理対象物を積載する。

例えば３Ｄレーザースキャナー（形状測定手段の一例）などを使用してスキャンを実施し、パレット部材を含む処理対象物の三次元点群データを取得する（＃２）。即ち、ＰＣが、処理対象物の三次元形状データをスキャナーから受け取る。このとき、処理対象物と基準マーカーとを一度にスキャンすることによって、基準マーカーに対する処理対象物の相対位置を把握する。

次いで、ＰＣにより、３Ｄレーザースキャナーによって取得された三次元点群データについて三次元形状解析を行う（＃３）。具体的には、Ｘ軸方向の走査線間隔が等間隔となるように三次元点群データの置き換えが行われる。

ＰＣは、取得されたパレット部材を含む処理対象物の三次元点群データから、処理対象物における研磨対象領域を自動抽出する（＃４）。

ＰＣは、所定のアルゴリズムに従って、抽出した研磨対象領域を連続する複数の基準面に分割することにより、基準面を自動生成する（＃５）。

ＰＣは、生成された基準面のそれぞれについて、凹部、凸部、又は開口部などの特徴部分の座標を取得する（＃６）。そして、処理対象物の研磨対象領域の三次元座標を作成する（＃７）。

次いで作業者が、研磨具３と膜厚測定器４に関する設定値、例えば、研磨具３のオーバーラン設定値、パスピッチ、移動速度、研磨処理、残存膜厚設定値などに関するパラメータ等をＰＣに手動で入力する（＃８）。尚、♯８の操作については、図７のフローに従うことなく、作業者が予め設定しておいても良い。

次いでＰＣが、基準面ごとに、所定の動作パス生成ルールに従って、ロボットの膜厚測定器４を動作させる動作パスのプログラムを自動生成する（＃９）。

さらにＰＣは、生成された動作パスに対する、膜厚測定器４の角度と位置に関するプログラムを自動生成する（＃１０）

そして、動作パスおよび膜厚測定器４の角度と位置に関するプログラムが、ＰＣからロボット制御装置に送信される。

処理対象物を載せたパレット部材が、ベルトコンベア等によってスキャンエリアから研磨エリアに自動搬送された後、膜厚測定器４によって、各基準面において１点以上の膜厚測定点が設定されて膜厚が測定される（♯１２）。これにより、各基準面における膜厚分布が把握される。尚、研磨対象領域の膜厚分布を把握することが可能な方法であれば、任意の方法を採用して良い。例えば、千鳥配置や膜厚の境界部分を細かいピッチで測定する等、膜厚測定位置のパターンはどのような配置でも良く、また、処置対象物の状態に応じて膜厚測定に関する設定値を入力しておくようにしても良い。

次いで、測定された膜厚が設定値の範囲内にあるか否かが研磨制御器によって判定される（♯１３）。

膜厚測定結果を踏まえて、膜厚が設定値の上限を超えており研磨処理が必要と判断された領域についてのみ、ＰＣが、基準面ごとに、所定の動作パス生成ルールに従って、ロボットの研磨具３を動作させる動作パスのプログラムを自動生成する（♯１４）。

さらにＰＣは、生成された動作パスに対する、研磨具３の角度と位置に関するプログラムを自動生成する（＃１５）

そして、動作パスおよび研磨具３の角度と位置に関するプログラムが、ＰＣから研磨制御器に送信されて、研磨ロボット１に対するティーチングが行われる（♯１６）。

研磨処理が必要と判断された領域について、研磨ロボット１による研磨処理が実行される（＃１７）。

次いでＰＣによって、今度は、上記♯１４で生成された自動研磨の動作パスの範囲内で、膜厚測定の動作パスが自動生成される（♯９）。これにより、研磨対象領域全面の膜厚を測定する最初の場合と比べて、膜厚測定にかかる時間を短縮することができる。

そして、研磨対象領域の全面の膜厚が設定値の範囲内になるまで、♯９〜♯１７の工程が繰り返して実施される。♯９〜♯１７の工程が繰り返されるたびに、研磨処理を必要とする領域が小さくなるため、研磨処理と膜厚測定にかかる時間が短縮されていくことになる。尚、♯１７における自動研磨処理は、膜厚に応じて研磨具３の動作条件が変更されるように構成される。

研磨対象領域における膜厚が設定値の範囲内になったとき、研磨処理は終了する。

以上より、本実施形態における自動研磨システムによれば、塗膜の厚みに応じた研磨処理が実施されることによって、研磨処理する前の塗膜の厚みがたとえ不均一な状態であったとしても、研磨処理後において、研磨過多な部分や研磨不足の部分が発生せず、膜厚を均一なものとすることができる。

（その他の実施形態）
１．上述の実施形態においては、研磨具の動作条件を変更する動作変更機構として、押付力調整機構について説明したが、必ずしもこの機構に限定されるものではない。他にも例えば、研磨具が有する研磨材を駆動させる電動機の回転数を調整する回転数調整機構、研磨対象領域に対する研磨具の移動速度を調整する移動速度調整機構、及び研磨具の研き重ね回数を調整する研き重ね調整機構が挙げられるが、研磨量を変更しうる機構であれば任意の機構を採用して良く、さらに、これらの機構のうちの少なくともいずれか一つを備えるような構成としても良い。

２．上述の実施形態において、複数の研磨対象領域を設定して、それぞれの研磨対象領域に対して連続的に上述の研磨処理を繰り返して行うようにしても良い。

尚、上述のように図面を参照しつつ本発明を説明したが、本発明は当該図面の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができることは言うまでもない。

本発明の自動研磨システムは、例えば自動車、鉄道車両、航空機、船舶などにおけるボディ全体又はこれを構成する種々のパーツについて研磨処理を行う技術分野において特に好適に利用することができる。

１ 研磨ロボット
２ アーム
３ 電動サンダー（研磨具）
４ 膜厚測定器
Ｅ 研磨対象領域
Ｃ 塗膜
Ａ 航空機
Ｌ 塗膜の厚み
Ｘ 幅

本発明に係る自動研磨システムの特徴は、
再塗装を行った後の研磨対象領域を研磨する研磨具と、前記研磨具を前記研磨対象領域に対して移動させる研磨ロボットと、前記研磨具及び前記研磨ロボットを制御する研磨制御器とを備えた自動研磨システムであって、
前記研磨対象領域の塗膜の厚みを測定する接触式の膜厚測定器と、
前記研磨具の動作条件を変更する動作変更機構と、を備え、
前記研磨制御器は、前記膜厚測定器によって測定される前記研磨対象領域の塗膜の厚みに応じて、前記動作変更機構を介して前記研磨具の動作条件を変更するように構成されている点にある。

本発明に係る研磨処理方法の特徴は、
再塗装を行った後の処理対象物における研磨対象領域を設定するために、前記処理対象物の三次元形状を測定する形状測定工程、
前記研磨対象領域の塗膜の厚みを接触式の膜厚測定器を用いて測定する膜厚測定工程、及び
測定された塗膜の厚みが設定値の上限を超えている前記研磨対象領域の部分を研磨する研磨工程、を包含し、
前記研磨工程において、前記塗膜の厚みに応じて、研磨具の動作条件が変更されるように構成されている点にある。

Claims (5)

1. 研磨対象領域を研磨する研磨具と、前記研磨具を前記研磨対象領域に対して移動させる研磨ロボットと、前記研磨具及び前記研磨ロボットを制御する研磨制御器とを備えた自動研磨システムであって、
   前記研磨対象領域の塗膜の厚みを測定する膜厚測定器と、
   前記研磨具の動作条件を変更する動作変更機構と、を備え、
   前記研磨制御器は、前記膜厚測定器によって測定される前記研磨対象領域の塗膜の厚みに応じて、前記動作変更機構を介して前記研磨具の動作条件を変更するように構成されていることを特徴とする自動研磨システム。
2. 前記動作変更機構は、前記研磨対象領域に対する前記研磨具の押付力を調整する押付力調整機構、前記研磨具が有する研磨材を駆動させる電動機の回転数を調整する回転数調整機構、前記研磨対象領域に対する前記研磨具の移動速度を調整する移動速度調整機構、及び前記研磨具の研き重ね回数を調整する研き重ね調整機構のうちの少なくともいずれか一つを備えるものであることを特徴とする請求項１に記載の自動研磨システム。
3. 前記膜厚測定器によって研磨処理後の前記研磨対象領域の塗膜の厚みが再測定され、研磨量の不足している部分について、前記研磨制御器によって研磨処理が再度実施されるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の自動研磨システム。
4. 処理対象物における前記研磨対象領域を設定するために、前記処理対象物の三次元形状を測定する形状測定手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の自動研磨システム。
5. 処理対象物における研磨対象領域を設定するために、前記処理対象物の三次元形状を測定する形状測定工程、
   前記研磨対象領域の塗膜の厚みを測定する膜厚測定工程、及び
   測定された塗膜の厚みが設定値の上限を超えている前記研磨対象領域の部分を研磨する研磨工程、を包含し、
   前記研磨工程において、前記塗膜の厚みに応じて、研磨具の動作条件が変更されるように構成されている研磨処理方法。

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