JP3679384B2 - Drilling device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、航空機および高速車両などの構体、自動車の車体、ならびに船体の甲殻などに用いられるワークに、高精度で穴開け加工することができる穿孔装置に関する。
【0002】
本発明において「穴開け加工」とは、被加工物を貫通する孔および被加工物を貫通しない有底のセンタ穴ならびに皿取り面などを形成する切削加工を含むものとし、以下同様とする。
【0003】
【従来の技術】
図8は、従来の技術の穿孔装置によって孔明け加工されたワークWを示す斜視図であり、図9は図8に示されるワークWを切断面線IX−IXから見た一部の拡大断面図である。近年の航空機の製造分野では、一次構造への複合材の採用が増加している。その代表的な例として、炭素繊維強化プラスチック(略称CFRP)から成る板状の外板1を、アルミニウム合金から成るフレームおよびストリンガ(縦通材)などの長手の骨組み材2に結合する異種材料の組合せ構造パネルがある。この組合せ構造パネルは、外板1と骨組み材2とが多数のファスナによって結合されるため、前記外板1と骨組み材2とを正確に位置決めしたワークWを、治具(図示せず)に固定し、前記ファスナを挿入するためのファスナ孔3が前記外板1および骨組み材2を貫通して形成されている。
【0004】
図10は、穿孔装置4によってファスナ孔3を形成する手順を説明するためのワークWの一部の拡大断面図であり、図11はファスナ孔3を形成するために用いられる穿孔装置4の全体を簡略化して示す側面図であり、図12は多関節ロボット6のアーム7に設けられる穿孔用エンドエフェクタ8を簡略化して示す側面図である。前述したワークWに穴開け加工する工程では、1枚のワークWに数百個のファスナ孔3を短時間で正確に形成する必要があるため、穿孔装置4が用いられる。この穿孔装置4は、作業ステージ5に設置された多関節ロボット6と、多関節ロボット6のアーム7の先端部に設けられ、ドリル11を備える穿孔用エンドエフェクタ8と、この穿孔用エンドエフェクタ8によって穿孔されるワークWを保持する治具9を有する。
【0005】
前記ワークWは、上記のようにCFRPなどの複合材から成る外板1と、アルミニウム合金から成る骨組み材2とを、たとえば仮止めファスナなどによって仮付けされ、治具9によって所定位置で表面をほぼ鉛直にして支持されている。
【0006】
このようなワークWの外板1の素材である複合材と骨組み材2の素材であるアルミニウム合金との穿孔条件を比較すると、複合材では、穿孔装置4の穿孔具であるドリル11の材質として硬質のダイヤモンドが適し、剥離防止のためにドリル11の回転は高速であることが好ましい。また、アルミニウム合金に対しては、摩擦熱による溶着防止のため、ドリル11の回転数には自ずと限界があり、高速回転することは不可能である。
【0007】
このように穿孔条件の異なる異種材料を手作業で穿孔すると、孔内面粗さが低下するとともに層間剥離が発生し、ファスナ孔3の加工品質にばらつきが生じるという不具合がある。このため、上記ワークWのような異種材料に対するファスナ孔3の共孔開けには、ロボットによる穿孔装置4が用いられ、予めロボットコントローラまたはティーチングペンダントから穿孔位置を教示し、またエンドエフェクタ制御装置から作業条件を設定して、これらの教示データおよび作業条件に基づいて各穿孔位置にファスナ孔3を自動的に形成している。
【0008】
このような穿孔装置4は、穿孔時のワークWからのドリルスラストの反力を受けるため、多関節ロボット6の剛性不足によるアーム7の撓み、およびワークWの撓みによって、ワークWおよび穿孔用エンドエフェクタ8間に位置ずれが生じ、教示した位置に対して、正確な位置に高精度で円錐台状の皿取り面13および直円柱状の軸孔14を形成することは困難である。この不具合を解決するため、治具9にドリルプレート15を設け、穿孔用エンドエフェクタ8に前記ドリルプレート15の嵌合体16を設けて、ワークWと穿孔用エンドエフェクタ8との相対的な位置ずれを防止している。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の技術では、ワークWと穿孔用エンドエフェクタ8との相対位置のずれをなくすためにドリルプレート15および嵌合体16が用いられるため、これらの製造によるコストの増加が生じるとともに、ドリルプレート15の嵌合体16への手作業による着脱作業に手間および時間を要し、穿孔作業の効率が悪いという問題がある。
【0010】
本発明の目的は、安価に穿孔作業の効率を向上することができるようにした穿孔装置を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の本発明は、基台と、
回転軸線まわりに回転駆動され、かつ前記基台に回転軸線と共通な一直線を成す軸線に沿って前進方向および後退方向に移動自在に設けられる穿孔具と、
穿孔具を、前記回転軸線まわりに回転駆動する回転駆動手段と、
穿孔具を、前記基台に対して軸線に沿う前進方向および後退方向に移動させる送り手段と、
穿孔具が、前記回転軸線まわりに回転自在にかつ軸線方向に移動自在に挿入され、前記穿孔具によって穿孔されるべきワークを押圧する押圧体と、
基台に設けられ、押圧体に前記穿孔具の軸線と平行な方向への押圧力を与える押圧力付勢手段と、
押圧体の基台に対する前記軸線方向の位置を検出する押圧位置検出手段と、
穿孔具の基台に対する軸線方向の位置を検出する穿孔位置検出手段と、
押圧位置検出手段による押圧体の位置と、穿孔位置検出手段による穿孔具の位置とに基づいて、穿孔具のワークに対する送り量を求め、この送り量に対応する送り量指令信号によって前記送り手段を制御する送り量制御手段とを含むことを特徴とする穿孔装置である。
【0012】
本発明に従えば、基台には、穿孔具が、基台に対して前進方向および後退方向に移動自在に設けられる。この穿孔具は、回転駆動手段によって回転軸線まわりに回転駆動されるとともに、送り手段によって前記回転軸線と共通な一直線を成す軸線に沿って前進方向および後退方向に移動される。この穿孔具が穿孔されるべきワークの直前で、前記回転軸線まわりに回転しながら前進方向に移動することによって、前記ワークを穿孔して切削孔を形成し、前記後退方向に移動することによって前記切削孔から離脱させることができる。
【0013】
前記穿孔具によるワークへの穿孔時において、前記穿孔具は押圧体に挿入されており、この挿入状態で前記回転軸線まわりに回転自在でかつ軸線方向に移動自在である。したがって押圧体は、ワークの穿孔具による穿孔位置の周囲を押圧する。このときのワークに対する押圧力は、前記基台に設けられる押圧力付勢手段によって与えられ、少なくとも前記穿孔具による穿孔中においては、適度の押圧力で前記押圧体がワークを押圧した状態に維持される。
【0014】
このような押圧体の基台に対する前記軸線方向の位置は、押圧位置検出手段によって検出される。また、前記穿孔具の基台に対する軸線方向の位置は、穿孔位置検出手段によって検出される。送り量制御手段は、前記押圧位置検出手段による押圧体の位置と、穿孔位置検出手段による穿孔具の位置とに基づいて、穿孔具のワークに対する送り量を求め、この送り量に対応する送り量指令信号によって前記送り手段を制御する。
【0015】
このようにして送り手段による穿孔具のワークに対する送り量が前記送り量制御手段によって制御されるので、穿孔具はワークに対する相対的位置関係に基づく送り量によって動作し、これによって高精度でワークに穴開け加工することができる。また、ワークと穿孔具との相対位置関係を得るために、前記従来の技術のように、手作業によってドリルプレートを嵌合体に装着する必要がないので、複数のワーク毎の穿孔作業の準備に要する時間を短縮し、穿孔作業の効率が向上されるとともに、ドリルプレートおよび嵌合体の製造コストが不要であり、経済性が向上される。
【0016】
請求項2記載の本発明は、請求項1記載の構成において、前記基台は、多関節ロボットのアームにエンドエフェクタとして設けられることを特徴とする。
【0017】
本発明に従えば、多関節ロボットのアームに前記基台が設けられるので、前記多関節ロボットに対して、各ワーク毎にティーチングペンダントから穿孔位置を教示し、エンドエフェクタ制御装置から作業条件を設定しておくことによって、穿孔具はアームの移動によって配置された穿孔位置で、上記のようにワーク毎に最適な送り量で穿孔動作し、複数のワークを連続して穿孔し、穿孔作業の効率が格段に向上される。
【0018】
請求項3記載の本発明は、請求項1または2記載の構成において、前記穿孔具は、先端部に穿孔用切れ刃を有し、シャンク寄りに皿取り用切れ刃を有するドリルであることを特徴とする。
【0019】
本発明に従えば、先端部に穿孔用切れ刃を有し、シャンク寄りに皿取り用切れ刃を有するドリルを前記穿孔具として用いるので、穿孔具を前進および後退の一往復動作によって、穿孔加工と皿取り加工とを1工程で行なうことができ、これによって穿孔作業の効率が、より一層向上される。
【0020】
請求項4記載の本発明は、請求項1〜3のうちの1つに記載の構成において、前記押圧力付勢手段は、流体圧シリンダから成ることを特徴とする。
【0021】
本発明に従えば、流体圧シリンダを前記押圧力付勢手段として用いることによって、流体圧シリンダへの作動流体を圧力制御して、押圧体のワークへの押圧力を、容易かつ正確に設定することができる。これによってワークの剛性などに応じた最適な押圧力によって、前記ワークを押圧体によって押圧することができ、押圧体の押圧によるワークの不所望な撓みの発生が防がれ、より正確にワークの位置を前記押圧位置検出手段によって検出することが可能となり、高精度化を図ることができる。
【0022】
請求項5記載の本発明は、請求項1〜4のうちの1つに記載の構成において、前記押圧位置検出手段は、押圧体側に固定されるターゲットと、基台側に前記ターゲットに対向して固定され、ターゲットの変位量を電気的に検出する変位センサとを含んで構成されることを特徴とする。
【0023】
本発明に従えば、前記押圧位置検出手段として、変位センサとターゲットとが用いられ、変位センサによってターゲットの変位量を電気的に検出するので、変位センサターゲットとの間に、ワークの切削によって発生した微細な切削屑および空中浮遊物などが存在しても、その影響を受けずに前記ターゲットの変位量を検出することができ、高い耐環境性を有する。したがって送り量制御手段が送り手段に穿孔具の送り量を指令するにあたって、前記変位センサによって検出されたターゲットの変位量に基づいて、高精度で前記送り量を演算して求め、穿孔具の前進および後退動作に対して信頼性の高い制御を行なうことができる。
【0024】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施の一形態の穿孔装置21を模式的に示す系統図である。本実施の形態の穿孔装置21は、航空機の機体の外壁として用いられるワークW1に、皿取り面を有するファスナ孔を所定の間隔で穿孔して、たとえば+10/1000inch〜−5/1000inch程度の高精度で形成するために用いられる。前記ワークW1は、前述の図8および図9に示されるワークWと同様であって、2次曲面状または3次曲面状に湾曲した形状を有し、炭素繊維強化プラスチック(略称CFRP)から成る外板22と、この外板22の裏面に仮止めファスナなどによって仮付けされ、複数のフレームおよびストリンガ(縦通材)などの長尺のアルミニウム合金製の骨組み材23とによって構成される異種材料の組合せパネルである。前記外板22および骨組み材23の各フランジ部の厚みT1,T2は、それぞれ2mm程度である。
【0025】
前記穿孔装置21は、基台24と、穿孔具であるドリル26と、回転駆動手段27と、送り手段28と、押圧体29と、押圧力付勢手段である一対の複動空気圧シリンダ30a,30bと、押圧位置検出手段である一対の変位検出器31a,31bと、穿孔位置検出手段である送り量検出器32と、送り量制御手段33とを含む。
【0026】
前記ドリル26は、回転軸線25まわりに回転駆動され、かつ前記基台24に回転軸線25と共通な一直線を成す軸線に沿って前進方向A1および後退方向A2に移動自在に設けられる。このようなドリル26は、先端部に穿孔用切刃36を有するとともに、シャンク寄りに皿取り用切刃37を有する。このようなドリル26を用いることによって、ドリル26の前進方向A1および後退方向A2の一往復動作によって、穿孔加工と皿取り加工とを1工程で行なうことができ、これによって穴開け作業の効率を向上することができる。
【0027】
図2は、穿孔装置21の電気的構成を示すブロック図である。前記送り量制御手段33は、各変位検出器31a,31bによる押圧体29の位置、したがってその押圧体29が当接するワークW1の穿孔位置と、送り量検出器32によるドリル26の位置とに基づいて、ドリル26のワークW1に対する送り量を求め、この送り量に対応する送り量指令信号によって前記送り手段28を制御し、ドリル26の軸線方向の移動量を制御するように構成される。
【0028】
図3は、穿孔装置21の全体の外観を示す斜視図である。工場内の作業ステージ55上には、安全柵56によって作業空間が確保され、この作業空間内には、前記送り量制御手段33を除く穿孔装置21の一部を構成する穿孔用エンドエフェクタ59と、前記ワークW1を保持する治具57とが設けられる。安全柵56の外側には、前記送り量制御手段33を含むエンドエフェクタ制御装置58と、穿孔用エンドエフェクタ59がアーム60の先端部に連結される多関節ロボット61の動作を制御するロボットコントローラ62とが設けられる。
【0029】
図4は、穿孔用エンドエフェクタ59の具体的構成を示す側面図であり、図5は穿孔用エンドエフェクタ59の平面図であり、図6は図4の左側から見た穿孔用エンドエフェクタ59の背面図である。なお、図1〜図3に対応する部分には同一の参照符を付す。前記基台24は、固定基板65と、この固定基板65上で前進方向A1および後退方向A2に移動自在な可動基板66と、固定基板65の長辺側両側部に複数のボルトによって固定される一対の側板67,68と、固定基板65および各側板67,68の短辺側の各一側部に複数のボルトによって固定される端版69と、各側板67,68の上端部に複数のボルトによって固定される天板70とを有する。端版69には、多関節ロボット61のアーム60の先端部が固定され、このようにして多関節ロボット61のアーム60に穿孔用エンドエフェクタ59が取付けられている。
【0030】
可動基板66には、前記ドリル回転用モータ38が搭載される。固定基板65の図4において下方に臨む下面には、ドリル送り用モータ40が設けられる。このドリル送り用モータ40の出力軸にはプーリ71が固定される。また前記可動基板66の下面には、ナット42が固定され、そのねじ軸41の軸線方向一端部にはプーリ72が固定される。各プーリ71,72には、タイミングベルト73が巻き掛けられて張架され、ドリル送り用モータ40の出力軸の回転をねじ軸41に伝達して、可動基板66を前進方向A1および後退方向A2に変位させることができる。
【0031】
回転駆動手段27は、前記ドリル26を回転軸線25まわりに回転駆動するドリル回転用モータ38と、ドリル回転用モータ38の出力軸の回転を前記ドリル26に伝達する回転軸39とを有する。
【0032】
前記送り手段28は、基台24に固定されるドリル送り用モータ40と、このドリル送り用モータ40によって回転駆動されるねじ軸41と、前記ドリル回転用モータ38が搭載され、ねじ軸41が挿通して螺合するボールねじ用ナット42とを含む。ドリル送り用モータ40は、ステップモータによって実現されてもよく、あるいは油圧モータによって実現されてもよい。このような送り手段28によって、ドリル26を前記回転駆動手段27とともに、基台24に対して軸線に沿う前進方向A1および後退方向A2に移動させることができる。
【0033】
前記押圧体29は、ドリル26が前記回転軸線25まわりに回転自在にかつ軸線方向に移動自在に挿入されるドリル挿通孔43が形成される円環状の当接部44と、当接部44の外周部に連なる円錐台状の先細部45と、先細部45に同軸に連なる直円筒状の筒部46と、筒部46が垂直に固定され、前記ドリル回転用モータ38の出力軸またはドリル26が挿通する透孔47が形成される移動体48とを含む。前記当接部44の当接面44aは、ドリル26の軸線に対して垂直な仮想一平面内に形成される。
【0034】
このような押圧体29は、軽量で、容易に変形しないように高い剛性を有し、かつ耐磨耗性および耐腐食性の高い材料、たとえばステンレス合金から成り、前記ドリル26によって穿孔されるべきワークW1の穿孔位置の周囲に、当接部44の環状の当接面をほぼ全面にわたって当接させて、ワークW1の剛性などに応じた最適な押圧力で安定して押圧し、押圧体29をワークW1に接触させた状態に保つことができる。
【0035】
前記一対の複動空気圧シリンダ30a,30bは、基台24に設けられ、押圧体29に前記ドリル26の軸線と平行な方向への押圧力を与える。各複動空気圧シリンダ30a,30bは、シリンダ本体50a,50bと、ピストン棒51a,51bとを有する。各ピストン棒51a,51bの軸線方向一端部は、前記押圧体29の移動体48に固定される。各ピストン棒51a,51bの軸線は、ドリル26の軸線に平行である。
【0036】
前記一対の変位検出器31a,31bは、基台24側に固定される渦電流式変位センサ52a,52bと、この渦電流式変位センサ52a,52bに対向して前記押圧体29の各ピストン棒51a,51bの軸線方向他端部に垂直に固定され、導電体から成るターゲット53a,53bとを含んで構成される。各渦電流式変位センサ52a,52bは、ターゲット53a,53bまでの距離La1,Lb1を検出し、予め定める初期値からの変位量によって、押圧体29の基台24に対する前記軸線方向の位置を検出することができる。
【0037】
前記送り量検出器32は、ロータリエンコーダによって実現され、予め定める初期値に対するドリル回転用モータ38の出力軸の回転量の変化に基づいて、ドリル26の基台24に対する軸線方向の位置を検出することができる。
【0038】
図7は、変位検出器31aの具体的構成を説明するための図である。なお、各変位検出器31a,31bは、同様に構成されるため、一方の変位検出器31aについて説明し、他方の変位検出器31bについては重複を避けて説明を省略する。前記変位検出器31aは、渦電流式変位センサ52aとターゲット53aとによって構成される。渦電流式変位センサ52aは、高い周波数の磁界を発生する発振回路80、および発振および検出用コイルLとコンデンサCとを並列に接続したLC共振型の変換回路81を有する。
【0039】
コイルLに高周波の励磁電流を流すと、それに応じて周期的に変化する磁界が発生する。その結果、電磁誘導によって、ターゲットに渦電流が生じ、この渦電流によって生じた高周波の磁界をコイルLによって検出し、コイルLのインピーダンスの変化として、ターゲットまでの距離を検出する。すなわち、励磁電磁波の周波数、ターゲットの導電率、透磁率を一定にすると、コイルLのインピーダンスはコイルLとターゲットとの距離だけの関数となるため、インピーダンスを測定すると、コイルLとターゲットとの間の距離、すなわち押圧体29の基台24に対する変位が分かることになる。これによってワークW1の基台24に対する前記軸線方向の位置を検出することができる。
【0040】
このような渦電流式変位センサ52aは、発振周波数を高くとることができ、発振回路の容量成分が小さいので、応答性が高い。また、ターゲット53aは強磁性(または良導体)であるほど磁気抵抗が小さく、換言すれば透磁率は大きくなって、磁気回路のインダクタンスを大きく変化させることができ、高い感度を得ることができる。したがってターゲット53aは、鉄またはステンレス鋼などのような導電率が高い材料を用いるほど、長い検出距離が得られる。また、ターゲット53aの厚みが小さいと、表皮効果によって表面と周囲へ渦電流が集中して多く流れるため、感度を上げることができるが、逆に厚みが大きいと、表皮効果が小さく、発生する逆磁束の発振コイルLへの影響が少なくなり、検出距離は短くなる。
【0041】
このような特性を踏まえて、前記渦電流式変位センサ52aの発振周波数ならびにターゲット53aの材質および厚みは、予め想定されるワークW1の撓み、多関節ロボット61の位置ずれなどに起因する穿孔位置の軸線方向に沿う前後位置のばらつき、および穿孔作業時のワークW1と押圧体29との間の余裕スペースなどを考慮した最大測定距離が得られるように設定されている。
【0042】
以上のように構成される穿孔装置21のドリル26によるワークW1への穿孔時において、押圧体29の基台24に対する前記軸線方向の位置は、各変位検出器31a,31bによって検出され、また前記ドリル26の基台24に対する軸線方向の位置は、送り量検出器32によって検出される。送り量制御手段33は、各変位検出器31a,31bによる押圧体29の位置と、送り量検出器32によるドリル26の位置とに基づいて、ドリル26のワークW1に対する送り量を求め、この送り量に対応する送り量指令信号によって前記送り手段28を制御する。
【0043】
このようにして送り手段28によるドリル26のワークW1に対する送り量が前記送り量制御手段33によって制御されるので、ドリル26はワークW1に対する相対的位置関係に基づく送り量だけ動作し、これによって高精度でワークW1に穴開け加工することができる。また、ドリルの振れを抑えてワークW1とドリル26との相対位置関係を得るために、前記従来の技術のように、手作業によってドリルプレートを嵌合体に装着する必要がないので、複数のワークW1毎の穿孔作業の準備に要する時間を短縮し、穿孔作業の効率を向上することができる。
【0044】
さらに、多関節ロボット61のアーム60に上記のように穿孔用エンドエフェクタ59が設けられるので、前記多関節ロボット61に対して、各ワークW1毎に穿孔位置をティーチングペンダントから教示し、エンドエフェクタから作業条件を設定しておくことによって、ドリル26はアーム50の移動によって配置された穿孔位置で、各ワークW1毎に最適な送り量で穿孔動作し、複数のワークW1を連続して穿孔し、穿孔作業の効率を格段に向上することができる。
【0045】
さらに、複動空気圧シリンダ30a,30bを押圧体29に押圧力を付勢するための手段として用いることによって、各複動空気圧シリンダ30a,30bへの空気圧を圧力制御して、押圧体29のワークW1への押圧力を、容易かつ正確に設定することができる。これによってワークW1の剛性などに応じた最適な押圧力によって、前記ワークW1を押圧体29によって押圧することができ、押圧体29の押圧によるワークW1の不所望な撓みの発生が防がれ、より正確にワークW1の位置を検出することが可能となり、孔形成の高精度化を図ることができる。
【0046】
上述の実施の形態では、穿孔具としてドリルが用いられたが、本発明の実施の他の形態では、前記ドリルに代えて他の切削工具、たとえばフライス、エンドミルおよびリーマなどを選択的に用いられてもよい。
【0047】
本発明の実施のさらに他の形態では、各複動空気圧シリンダ30a,30bは、ピストン棒を押圧体がワークに当接した時点でロックするロック機構を内する構成であってもよい。これによって押圧体がワークに当接すると、そのワークの変位を固定して各変位検出器31a,31bによって検出される検出値を一定に維持した状態とし、ドリル26を送り量検出器32によって検出された送り量だけに基づいて制御することができる。
【0048】
本発明の実施のさらに他の形態では、上記の各複動空気圧シリンダ30a,30bに代えて、水圧または油圧を用いる複動流体圧シリンダを用いるようにしてもよい。
【0049】
本発明の実施のさらに他の形態では、押圧位置検出手段は上記の渦電流式変位センサに限らず、たとえばボビンの中央に1次コイルが巻回され、その上下に対称に互いに逆向きに接続された2つの2次コイルが巻回され、ボビンの中央に鉄芯が上下に移動自在に設けられ、直接鉄心の位置を検出するポテンショメータ(略称LVDT,linear variable differential transformer)を用いるようにしてもよい。このLVDTは、2つの2次コイルが互いに逆向きに接続されているので、鉄芯が中央にあれば2次電圧は0であり、鉄芯がどちらかに変位すれば、2次コイルに誘導される電圧が異なるので、コイルの変位に応じた電圧が差動分として観測され、1次コイルに印加される励磁周波数によって応答速度が決まるため、動的測定も静的測定も可能である。測定範囲は機種によって10cm〜1m程度であり、被測定物には鉄芯が付くだけなので被測定系を乱さず、摩擦部分が無く、ヒステリシスも存在しないので、高精度でドリルの位置を測定することができる。
【0050】
【発明の効果】
請求項1記載の本発明によれば、送り手段による穿孔具のワークに対する送り量が送り量制御手段によって制御されるので、穿孔具はワークに対する相対的位置関係に基づく送り量によって動作し、高精度でワークに穴開け加工することができる。また、ワークと穿孔具との相対位置関係を得るために、前記従来の技術のように、手作業によってドリルプレートを嵌合体に装着する必要がないので、穿孔作業の効率を向上することができるとともに、ドリルプレートおよび嵌合体の製造コストが不要であり、経済性を向上することができる。
【0051】
請求項2記載の本発明によれば、多関節ロボットのアームに前記基台が設けられるので、前記多関節ロボットに対して、各ワーク毎に穿孔位置をティーチングペンダントから教示し、エンドエフェクタ制御装置から作業条件を設定しておくことによって、穿孔具はアームの移動によって配置された穿孔位置で、上記のようにワーク毎に最適な送り量で穿孔動作し、複数のワークを連続して穿孔し、穿孔作業の効率を格段に向上することができる。
【0052】
請求項3記載の本発明によれば、先端部に穿孔用切れ刃を有し、シャンク寄りに皿取り用切れ刃を有するドリルを前記穿孔具として用いるので、穿孔具を前進および後退の一往復動作によって、穿孔加工と皿取り加工とを1工程で行なうことができ、穿孔作業の効率をより一層、向上することができる。
【0053】
請求項4記載の本発明によれば、流体圧シリンダが押圧力付勢手段として用いられるので、流体圧シリンダへの作動流体を圧力制御して、押圧体のワークへの押圧力を、容易かつ正確に設定することができる。これによってワークの剛性などに応じた最適な押圧力によって、前記ワークを押圧体によって押圧することができ、押圧体の押圧によるワークの不所望な撓みの発生が防がれ、より正確にワークの位置を前記押圧位置検出手段によって検出することが可能となり、高精度化を図ることができる。
【0054】
請求項5記載の本発明によれば、前記押圧位置検出手段として変位センサによってターゲットまでの距離を電気的に測定してドリルの位置が検出されるので、変位センサとターゲットとの間などに存在する微細な切削屑および空中浮遊物などの影響を受けにくく、高精度でドリルの送り量を演算して求め、穿孔具の前進および後退動作に対して信頼性の高い制御を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態の穿孔装置21を模式的に示す系統図である。
【図2】穿孔装置21の電気的構成を示すブロック図である。
【図3】穿孔装置21の全体の外観を示す斜視図である。
【図4】穿孔用エンドエフェクタ59の具体的構成を示す側面図である。
【図5】穿孔用エンドエフェクタ59の平面図である。
【図6】図4の左側から見た穿孔用エンドエフェクタ59の背面図である。
【図7】押圧位置検出手段の構成を説明するための図である。
【図8】従来の技術の穿孔装置によって孔明け加工されたワークWを示す斜視図である。
【図9】図8に示されるワークWを切断面線IX−IXから見た一部の拡大断面図である。
【図10】穿孔装置4によってファスナ孔3を形成する手順を説明するための拡大断面図である。
【図11】ファスナ孔3を形成するために用いられる穿孔装置4の全体を簡略化して示す側面図である。
【図12】多関節ロボット6のアーム7に設けられる穿孔用エンドエフェクタ8を簡略化して示す側面図である。
【符号の説明】
21 穿孔装置
22 外板
23 骨組み材
24 基台
25 回転軸線
26 ドリル
27 回転駆動手段
28 送り手段
29 押圧体
30a,30b 複動空気圧シリンダ
31a,31b 変位検出器
32 送り量検出器
33 送り量制御手段
36 穿孔用切れ刃
37 皿取り用切れ刃
38 ドリル回転用モータ
39 回転軸
40 ドリル送り用モータ
41 ねじ軸
42 ナット
43 ドリル挿通孔
44 当接部
45 先細部
46 筒部
50a,50b シリンダ本体
51a,51b ピストン棒
52a,52b 渦電流式変位センサ
53a,53b ターゲット
59 穿孔用エンドエフェクタ
60 アーム
61 多関節ロボット
62 ロボットコントローラ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a drilling device capable of drilling with high accuracy in a workpiece used for a structure such as an aircraft and a high-speed vehicle, a car body of an automobile, and a shell of a hull.
[0002]
In the present invention, “drilling” includes cutting that forms a hole that penetrates the workpiece, a bottomed center hole that does not penetrate the workpiece, a dishing surface, and the like.
[0003]
[Prior art]
FIG. 8 is a perspective view showing a workpiece W drilled by a conventional drilling device, and FIG. 9 is a partially enlarged cross-sectional view of the workpiece W shown in FIG. 8 as viewed from the cutting plane line IX-IX. FIG. In the field of aircraft manufacturing in recent years, the use of composite materials for primary structures has increased. As a representative example, a plate-like outer plate 1 made of carbon fiber reinforced plastic (abbreviated as CFRP) is made of a dissimilar material that joins a frame made of an aluminum alloy and a longitudinal frame material 2 such as a stringer (stringer). There is a combination structure panel. In this combined structure panel, since the outer plate 1 and the frame material 2 are coupled by a number of fasteners, the workpiece W in which the outer plate 1 and the frame material 2 are accurately positioned is used as a jig (not shown). Fastener holes 3 for fixing and inserting the fasteners are formed through the outer plate 1 and the frame material 2.
[0004]
FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of a part of the workpiece W for explaining the procedure for forming the fastener hole 3 by the punching device 4, and FIG. 11 is the entire punching device 4 used for forming the fastener hole 3. FIG. 12 is a side view schematically showing the drilling end effector 8 provided on the arm 7 of the articulated robot 6. In the above-described step of drilling a workpiece W, it is necessary to accurately form several hundred fastener holes 3 in one workpiece W in a short time, and therefore the punching device 4 is used. This drilling device 4 includes a multi-joint robot 6 installed on a work stage 5, a drilling end effector 8 provided with a drill 11 provided at the tip of an arm 7 of the multi-joint robot 6, and the drilling end effector 8. 9 for holding the workpiece W perforated by When Have
[0005]
The workpiece W is temporarily attached with the outer plate 1 made of a composite material such as CFRP and the framework material 2 made of an aluminum alloy as described above, for example, with a temporary fastening fastener or the like, and the surface of the workpiece W is fixed at a predetermined position by a jig 9. It is supported almost vertically.
[0006]
When the drilling conditions of the composite material, which is the material of the outer plate 1 of the workpiece W, and the aluminum alloy, which is the material of the frame material 2, are compared, in the composite material, as the material of the drill 11 which is the drilling tool of the drilling device 4 Hard diamond is suitable, and the drill 11 is preferably rotated at a high speed to prevent peeling. In addition, for the aluminum alloy, in order to prevent welding due to frictional heat, the number of rotations of the drill 11 is naturally limited, and high-speed rotation is impossible.
[0007]
When different types of materials having different drilling conditions are manually drilled as described above, there is a problem that the inner surface roughness is lowered and delamination occurs, resulting in variations in the processing quality of the fastener holes 3. For this reason, for the co-drilling of the fastener holes 3 for different materials such as the workpiece W, a drilling device 4 by a robot is used, and the drilling position is taught in advance from a robot controller or teaching pendant, and from the end effector control device. The working conditions are set, and the fastener holes 3 are automatically formed at the respective drilling positions based on the teaching data and the working conditions.
[0008]
Since such a drilling device 4 receives the reaction force of the drill thrust from the workpiece W at the time of drilling, the workpiece W and the drilling end are caused by the bending of the arm 7 due to insufficient rigidity of the articulated robot 6 and the bending of the workpiece W. A positional shift occurs between the effectors 8, and it is difficult to form the frustoconical dishing surface 13 and the right circular cylindrical shaft hole 14 at a precise position with respect to the taught position. To solve this problem, the jig 9 is provided with a drill plate 15, the drilling end effector 8 is provided with the fitting body 16 of the drill plate 15, and the relative displacement between the workpiece W and the drilling end effector 8 is achieved. Is preventing.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In such a conventional technique, since the drill plate 15 and the fitting body 16 are used in order to eliminate the displacement of the relative position between the workpiece W and the end effector 8 for drilling, the manufacturing cost increases and the drill is performed. There is a problem that the work of attaching and detaching the plate 15 to and from the fitting body 16 requires time and effort, and the efficiency of the drilling work is poor.
[0010]
An object of the present invention is to provide a drilling device that can improve the efficiency of drilling work at low cost.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention according to claim 1 includes a base,
A piercing tool that is driven to rotate around a rotation axis and is movable in the forward and backward directions along an axis that forms a common line with the rotation axis on the base;
Rotation driving means for driving the punch to rotate about the rotation axis;
Feed means for moving the punch in the forward and backward directions along the axis with respect to the base;
A pressing body in which a punching tool is inserted so as to be rotatable about the rotation axis and movable in the axial direction, and presses a work to be punched by the punching tool;
A pressing force urging means that is provided on the base and applies a pressing force to the pressing body in a direction parallel to the axis of the punching tool;
A pressing position detecting means for detecting a position in the axial direction relative to the base of the pressing body;
A punching position detecting means for detecting a position in the axial direction with respect to the base of the punching tool;
Based on the position of the pressing body by the pressing position detecting means and the position of the punching tool by the punching position detecting means, the feed amount of the punching tool to the workpiece is obtained, and the feeding means is controlled by a feed amount command signal corresponding to this feed amount. And a feed amount control means for controlling the punching device.
[0012]
According to the present invention, the base is provided with the punching tool so as to be movable in the forward and backward directions with respect to the base. The punching tool is driven to rotate around the rotation axis by the rotation driving means, and is moved in the forward direction and the backward direction along the axis that forms a straight line common to the rotation axis by the feeding means. Immediately before the workpiece to be drilled, the drilling tool moves in the forward direction while rotating around the rotation axis, thereby drilling the workpiece to form a cutting hole and moving in the backward direction. It can be detached from the cutting hole.
[0013]
At the time of punching a workpiece with the punching tool, the punching tool is inserted into the pressing body, and in this inserted state, the punching tool is rotatable about the rotation axis and movable in the axial direction. Therefore, the pressing body presses the periphery of the punching position of the workpiece by the punching tool. The pressing force on the workpiece at this time is given by the pressing force urging means provided on the base, and at least during the drilling by the punching tool, the pressing body keeps pressing the workpiece with an appropriate pressing force. Is done.
[0014]
The position in the axial direction with respect to the base of the pressing body is detected by the pressing position detecting means. Further, the position of the punching tool in the axial direction with respect to the base is detected by a punching position detecting means. The feed amount control means obtains the feed amount of the punching tool with respect to the workpiece based on the position of the pressing body by the pressing position detection means and the position of the punching tool by the punching position detection means, and the feed amount corresponding to the feed amount The feeding means is controlled by a command signal.
[0015]
In this way, since the feed amount of the punching tool to the workpiece by the feeding means is controlled by the feed amount control means, the punching tool operates according to the feed amount based on the relative positional relationship with respect to the workpiece. Can be drilled. In addition, in order to obtain the relative positional relationship between the workpiece and the drilling tool, it is not necessary to manually attach the drill plate to the fitting body as in the prior art, so it is possible to prepare for the drilling operation for each of a plurality of workpieces. The time required is shortened, the efficiency of the drilling operation is improved, the manufacturing cost of the drill plate and the fitting body is unnecessary, and the economy is improved.
[0016]
According to a second aspect of the present invention, in the configuration according to the first aspect, the base is provided as an end effector on an arm of an articulated robot.
[0017]
According to the present invention, since the base is provided on the arm of the articulated robot, the drilling position is taught from the teaching pendant for each workpiece to the articulated robot, and the work condition is set from the end effector control device. By doing so, the drilling tool performs the drilling operation with the optimum feed amount for each workpiece as described above at the drilling position arranged by the movement of the arm, drilling multiple workpieces continuously, and the efficiency of drilling work Is greatly improved.
[0018]
According to a third aspect of the present invention, in the configuration according to the first or second aspect, the drilling tool is a drill having a drilling edge at the tip and a dishing edge near the shank. Features.
[0019]
According to the present invention, a drill having a cutting edge for drilling at the tip and having a cutting edge for countersinking near the shank is used as the drilling tool. And the dishing process can be performed in one step, which further improves the efficiency of the drilling operation.
[0020]
According to a fourth aspect of the present invention, in the configuration according to one of the first to third aspects, the pressing force urging means includes a fluid pressure cylinder.
[0021]
According to the present invention, by using the fluid pressure cylinder as the pressing force urging means, the working fluid to the fluid pressure cylinder is pressure-controlled, and the pressing force to the workpiece of the pressing body is easily and accurately set. be able to. As a result, the workpiece can be pressed by the pressing body with an optimum pressing force according to the rigidity of the workpiece, etc., and undesired bending of the workpiece due to the pressing of the pressing body can be prevented, and the workpiece can be more accurately detected. The position can be detected by the pressed position detecting means, and high accuracy can be achieved.
[0022]
According to a fifth aspect of the present invention, in the configuration according to one of the first to fourth aspects, the pressing position detecting unit is opposed to the target fixed to the pressing body side and the target on the base side. And a displacement sensor that electrically detects the amount of displacement of the target.
[0023]
According to the present invention, a displacement sensor and a target are used as the pressed position detection means, and the displacement amount of the target is electrically detected by the displacement sensor. When Even if there are fine cuttings and airborne substances generated by cutting the workpiece between the target and the target, the amount of displacement of the target can be detected without being affected by this, and high environmental resistance is achieved. Have. Accordingly, when the feed amount control means commands the feed amount of the punching tool to the feed means, the feed amount is calculated and obtained with high accuracy based on the displacement amount of the target detected by the displacement sensor. Further, it is possible to perform highly reliable control for the backward movement.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a system diagram schematically showing a perforation apparatus 21 according to an embodiment of the present invention. The punching device 21 of the present embodiment drills fastener holes having a countersink surface at a predetermined interval in a work W1 used as an outer wall of an aircraft fuselage, for example, a high height of about +10/1000 inch to −5/1000 inch. Used to form with precision. The workpiece W1 is the same as the workpiece W shown in FIGS. 8 and 9, and has a shape curved in a quadric surface shape or a cubic surface shape, and is made of carbon fiber reinforced plastic (abbreviated as CFRP). A dissimilar material composed of an outer plate 22 and a frame material 23 made of a long aluminum alloy such as a plurality of frames and stringers (longitudinal members), which are temporarily attached to the back surface of the outer plate 22 by a temporary fastening fastener or the like. It is a combination panel. The thicknesses T1 and T2 of the flange portions of the outer plate 22 and the frame member 23 are about 2 mm, respectively.
[0025]
The punching device 21 includes a base 24, a drill 26 as a drilling tool, a rotation driving means 27, a feeding means 28, a pressing body 29, and a pair of double acting as pressing force urging means. air It includes pressure cylinders 30a and 30b, a pair of displacement detectors 31a and 31b as pressing position detection means, a feed amount detector 32 as punching position detection means, and a feed amount control means 33.
[0026]
The drill 26 is rotationally driven around a rotational axis 25 and is provided on the base 24 so as to be movable in a forward direction A1 and a backward direction A2 along an axis forming a straight line common to the rotational axis 25. Such a drill 26 has a perforating cutting edge 36 at the tip, and a dishing cutting edge 37 near the shank. By using such a drill 26, drilling and dishing can be performed in one step by one reciprocating motion of the forward direction A1 and the backward direction A2 of the drill 26, thereby improving the efficiency of the drilling operation. Can be improved.
[0027]
FIG. 2 is a block diagram illustrating an electrical configuration of the punching device 21. The feed amount control means 33 is based on the position of the pressing body 29 by each of the displacement detectors 31a and 31b, and hence the drilling position of the workpiece W1 with which the pressing body 29 abuts, and the position of the drill 26 by the feed amount detector 32. Thus, the feed amount of the drill 26 with respect to the workpiece W1 is obtained, the feed means 28 is controlled by a feed amount command signal corresponding to the feed amount, and the amount of movement of the drill 26 in the axial direction is controlled.
[0028]
FIG. 3 is a perspective view showing the overall appearance of the punching device 21. On the work stage 55 in the factory, a work space is secured by a safety fence 56, and in this work space, a punching end effector 59 constituting a part of the punching device 21 excluding the feed amount control means 33 and A jig 57 for holding the workpiece W1 is provided. Outside the safety fence 56, an end effector control device 58 including the feed amount control means 33 and a robot controller 62 that controls the operation of the articulated robot 61 in which the drilling end effector 59 is connected to the tip of the arm 60. And are provided.
[0029]
4 is a side view showing a specific configuration of the piercing end effector 59, FIG. 5 is a plan view of the piercing end effector 59, and FIG. 6 is a plan view of the piercing end effector 59 viewed from the left side of FIG. It is a rear view. The parts corresponding to those in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals. The base 24 is fixed by a fixed substrate 65, a movable substrate 66 movable on the fixed substrate 65 in the forward direction A1 and the backward direction A2, and a plurality of bolts on both sides of the long side of the fixed substrate 65. A pair of side plates 67, 68, an end plate 69 fixed by a plurality of bolts to each side of the short side of the fixed substrate 65 and each side plate 67, 68, and a plurality of plates at the upper end of each side plate 67, 68 And a top plate 70 fixed by bolts. The end plate 69 is fixed with the tip of the arm 60 of the articulated robot 61, and the end effector 59 for drilling is attached to the arm 60 of the articulated robot 61 in this way.
[0030]
The drill rotating motor 38 is mounted on the movable substrate 66. On the lower surface of the fixed substrate 65 facing downward in FIG. , De A reel feed motor 40 is provided. A pulley 71 is fixed to the output shaft of the drill feed motor 40. A nut 42 is fixed to the lower surface of the movable substrate 66, and a pulley 72 is fixed to one end of the screw shaft 41 in the axial direction. A timing belt 73 is wound around each of the pulleys 71 and 72, and the rotation of the output shaft of the drill feed motor 40 is transmitted to the screw shaft 41 to move the movable substrate 66 in the forward direction A1 and the reverse direction A2. Can be displaced.
[0031]
The rotation drive means 27 includes a drill rotation motor 38 that rotates the drill 26 about the rotation axis 25, and a rotation shaft 39 that transmits the rotation of the output shaft of the drill rotation motor 38 to the drill 26.
[0032]
The feed means 28 is mounted with a drill feed motor 40 fixed to the base 24, a screw shaft 41 that is rotationally driven by the drill feed motor 40, and the drill rotation motor 38. And a ball screw nut 42 to be inserted and screwed. The drill feed motor 40 may be realized by a step motor or may be realized by a hydraulic motor. By such feeding means 28, the drill 26 can be moved together with the rotation driving means 27 in the forward direction A1 and the backward direction A2 along the axis with respect to the base 24.
[0033]
The pressing body 29 includes an annular contact portion 44 in which a drill insertion hole 43 into which the drill 26 is rotatably inserted around the rotation axis 25 and is movable in the axial direction is formed. A frustoconical tapered portion 45 continuous to the outer peripheral portion, a straight cylindrical tubular portion 46 coaxially connected to the tapered detail 45, and the tubular portion 46 are fixed vertically, and the output shaft of the drill rotating motor 38 or the drill 26 And a moving body 48 in which a through hole 47 is formed. The contact surface 44 a of the contact portion 44 is formed in a virtual plane that is perpendicular to the axis of the drill 26.
[0034]
Such a pressing body 29 is lightweight, has high rigidity so as not to be easily deformed, and is made of a material having high wear resistance and corrosion resistance, such as a stainless alloy, and should be drilled by the drill 26. The annular abutting surface of the abutting portion 44 is almost entirely abutted around the perforation position of the workpiece W1, and is stably pressed with an optimal pressing force according to the rigidity of the workpiece W1, etc. Can be kept in contact with the workpiece W1.
[0035]
The pair of double-acting pneumatic cylinders 30 a and 30 b are provided on the base 24 and apply a pressing force in a direction parallel to the axis of the drill 26 to the pressing body 29. Each double-acting pneumatic cylinder 30a, 30b has cylinder bodies 50a, 50b and piston rods 51a, 51b. One end of each piston rod 51a, 51b in the axial direction is fixed to the moving body 48 of the pressing body 29. The axis of each piston rod 51a, 51b is parallel to the axis of the drill 26.
[0036]
The pair of displacement detectors 31a and 31b includes eddy current displacement sensors 52a and 52b fixed on the base 24 side, and piston rods of the pressing body 29 facing the eddy current displacement sensors 52a and 52b. It includes a target 53a, 53b made of a conductor fixed perpendicularly to the other axial end of 51a, 51b. Each of the eddy current displacement sensors 52a and 52b detects the distances La1 and Lb1 to the targets 53a and 53b, and detects the position of the pressing body 29 in the axial direction with respect to the base 24 based on a displacement amount from a predetermined initial value. can do.
[0037]
The feed amount detector 32 is realized by a rotary encoder and is used for a predetermined initial value. Drill rotation motor 38 Output shaft The position of the drill 26 in the axial direction relative to the base 24 can be detected based on the change in the rotation amount.
[0038]
FIG. 7 is a diagram for explaining a specific configuration of the displacement detector 31a. Since each displacement detector 31a, 31b is configured in the same manner, one displacement detector 31a will be described, and the other displacement detector 31b will not be redundantly described. The displacement detector 31a includes an eddy current displacement sensor 52a and a target 53a. The eddy current displacement sensor 52a includes an oscillation circuit 80 that generates a high-frequency magnetic field, and an LC resonance type conversion circuit 81 in which an oscillation and detection coil L and a capacitor C are connected in parallel.
[0039]
When a high-frequency excitation current is passed through the coil L, a magnetic field that changes periodically is generated accordingly. As a result, an eddy current is generated in the target by electromagnetic induction, a high-frequency magnetic field generated by the eddy current is detected by the coil L, and the distance to the target is detected as a change in the impedance of the coil L. That is, when the frequency of the excitation electromagnetic wave, the conductivity of the target, and the magnetic permeability are constant, the impedance of the coil L is a function of only the distance between the coil L and the target. That is, the displacement of the pressing body 29 with respect to the base 24 is known. Thus, the position of the workpiece W1 relative to the base 24 in the axial direction can be detected.
[0040]
Such an eddy current type displacement sensor 52a can take a high oscillation frequency and has a high response because the capacitance component of the oscillation circuit is small. Further, the magnetic resistance of the target 53a is smaller as it is ferromagnetic (or a good conductor). In other words, the magnetic permeability is increased, the inductance of the magnetic circuit can be greatly changed, and high sensitivity can be obtained. Therefore, as the target 53a uses a material having high conductivity such as iron or stainless steel, a longer detection distance can be obtained. In addition, if the thickness of the target 53a is small, eddy currents flow in a concentrated manner on the surface and the periphery due to the skin effect, so that the sensitivity can be increased, but conversely, if the thickness is large, the skin effect is small and the reverse occurs. The influence of the magnetic flux on the oscillation coil L is reduced, and the detection distance is shortened.
[0041]
Based on such characteristics, the oscillating frequency of the eddy current displacement sensor 52a and the material and thickness of the target 53a are determined according to the drilling position caused by the bending of the workpiece W1 and the displacement of the articulated robot 61, which are assumed in advance. The maximum measurement distance is set in consideration of variations in the front-rear position along the axial direction and a marginal space between the workpiece W1 and the pressing body 29 during the drilling operation.
[0042]
At the time of drilling the workpiece W1 by the drill 26 of the drilling device 21 configured as described above, the position of the pressing body 29 in the axial direction with respect to the base 24 is detected by the displacement detectors 31a and 31b. The position of the drill 26 in the axial direction with respect to the base 24 is detected by a feed amount detector 32. Based on the position of the pressing body 29 by the displacement detectors 31a and 31b and the position of the drill 26 by the feed amount detector 32, the feed amount control means 33 obtains the feed amount of the drill 26 with respect to the workpiece W1. The feeding means 28 is controlled by a feed amount command signal corresponding to the amount.
[0043]
In this way, the feed amount of the drill 26 with respect to the workpiece W1 by the feed means 28 is controlled by the feed amount control means 33, so that the drill 26 operates by the feed amount based on the relative positional relationship with respect to the workpiece W1, thereby increasing the amount of The workpiece W1 can be drilled with accuracy. Further, in order to obtain the relative positional relationship between the workpiece W1 and the drill 26 while suppressing the deflection of the drill, there is no need to manually attach the drill plate to the fitting body as in the above-described conventional technique. The time required for preparation of the drilling work for each W1 can be shortened, and the efficiency of the drilling work can be improved.
[0044]
Further, since the end effector 59 for drilling is provided on the arm 60 of the articulated robot 61 as described above, the drilling position is taught from the teaching pendant for each workpiece W1 to the articulated robot 61, and from the end effector. By setting the working conditions, the drill 26 performs a drilling operation at an optimum feed amount for each workpiece W1 at the drilling position arranged by the movement of the arm 50, and continuously drills a plurality of workpieces W1. The efficiency of the drilling operation can be greatly improved.
[0045]
Further, by using the double-acting pneumatic cylinders 30a and 30b as a means for urging the pressing body 29 to apply a pressing force, the air pressure to each of the double-acting pneumatic cylinders 30a and 30b is controlled so that the work of the pressing body 29 is performed. The pressing force to W1 can be set easily and accurately. Accordingly, the workpiece W1 can be pressed by the pressing body 29 with an optimal pressing force according to the rigidity of the workpiece W1 and the undesired bending of the workpiece W1 due to the pressing of the pressing body 29 is prevented. It becomes possible to detect the position of the workpiece W1 more accurately, and it is possible to increase the accuracy of hole formation.
[0046]
In the embodiment described above, a drill is used as the drilling tool. However, in another embodiment of the present invention, other cutting tools such as a milling cutter, an end mill, and a reamer are selectively used instead of the drill. May be.
[0047]
In still another embodiment of the present invention, each double-acting pneumatic cylinder 30a, 30b includes a lock mechanism that locks the piston rod when the pressing body contacts the workpiece. Warehouse It may be configured to. When the pressing body comes into contact with the workpiece, the displacement of the workpiece is fixed, the detection values detected by the displacement detectors 31a and 31b are kept constant, and the drill 26 is detected by the feed amount detector 32. It is possible to control based on only the feed amount that has been made.
[0048]
In still another embodiment of the present invention, a double-acting fluid pressure cylinder using hydraulic pressure or hydraulic pressure may be used instead of the above-described double-acting pneumatic cylinders 30a and 30b.
[0049]
In still another embodiment of the present invention, the pressing position detecting means is not limited to the eddy current type displacement sensor, but a primary coil is wound around the center of the bobbin, for example. A secondary potentiometer (abbreviated as LVDT, linear variable differential transformer) that directly detects the position of the iron core is provided in which the two secondary coils are wound and the iron core is provided in the center of the bobbin so as to be movable up and down. Good. In this LVDT, since the two secondary coils are connected in opposite directions, the secondary voltage is 0 if the iron core is in the center, and is induced to the secondary coil if the iron core is displaced in either direction. Since the applied voltage differs, the voltage corresponding to the displacement of the coil is observed as a differential component, and the response speed is determined by the excitation frequency applied to the primary coil, so that dynamic measurement and static measurement are possible. The measuring range is about 10 cm to 1 m depending on the model. Since the object to be measured only has an iron core, the measured system is not disturbed, there is no friction part, and there is no hysteresis, so the position of the drill is measured with high accuracy. be able to.
[0050]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, since the feed amount of the punching tool to the workpiece by the feeding means is controlled by the feed amount control means, the punching tool operates according to the feed amount based on the relative positional relationship with respect to the workpiece. Holes can be drilled in the workpiece with accuracy. Also, the relative between the workpiece and the drilling tool Target In order to obtain the positional relationship, it is not necessary to manually attach the drill plate to the fitting body as in the prior art, so that the efficiency of the drilling operation can be improved and the drill plate and the fitting body can be manufactured. Cost is unnecessary, and economic efficiency can be improved.
[0051]
According to the second aspect of the present invention, since the base is provided on the arm of the articulated robot, the drilling position is taught from the teaching pendant for each workpiece to the articulated robot, and the end effector control device is provided. By setting the working conditions from the above, the drilling tool performs the drilling operation with the optimum feed amount for each workpiece as described above at the drilling position arranged by the movement of the arm, and drills multiple workpieces continuously. As a result, the efficiency of the drilling operation can be significantly improved.
[0052]
According to the third aspect of the present invention, a drill having a cutting edge for drilling at the tip and having a cutting edge for dishing near the shank is used as the drilling tool. By the operation, the drilling process and the dishing process can be performed in one step, and the efficiency of the drilling process can be further improved.
[0053]
According to the fourth aspect of the present invention, since the fluid pressure cylinder is used as the pressing force urging means, the working fluid to the fluid pressure cylinder is pressure-controlled so that the pressing force of the pressing body to the workpiece can be easily and It can be set accurately. As a result, the workpiece can be pressed by the pressing body with an optimum pressing force according to the rigidity of the workpiece, etc., and undesired bending of the workpiece due to the pressing of the pressing body can be prevented, and the workpiece can be more accurately detected. The position can be detected by the pressed position detecting means, and high accuracy can be achieved.
[0054]
According to the fifth aspect of the present invention, since the position of the drill is detected by electrically measuring the distance to the target by the displacement sensor as the pressing position detecting means, it exists between the displacement sensor and the target. It is less susceptible to the effects of fine cutting scraps and airborne matter, and can calculate the feed amount of the drill with high accuracy and perform highly reliable control on the forward and backward movements of the drilling tool.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system diagram schematically showing a perforation apparatus 21 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing an electrical configuration of a punching device.
FIG. 3 is a perspective view showing the overall appearance of the punching device 21. FIG.
FIG. 4 is a side view showing a specific configuration of an end effector 59 for drilling.
FIG. 5 is a plan view of an end effector 59 for drilling.
6 is a rear view of the piercing end effector 59 as seen from the left side of FIG. 4;
FIG. 7 is a diagram for explaining a configuration of a pressed position detection unit.
FIG. 8 is a perspective view showing a workpiece W that has been drilled by a conventional punching device.
9 is a partial enlarged cross-sectional view of the work W shown in FIG. 8 as viewed from a cutting plane line IX-IX.
FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view for explaining a procedure for forming the fastener hole 3 by the punching device 4;
FIG. 11 is a side view schematically showing the entire punching device 4 used to form the fastener hole 3;
12 is a side view schematically showing a drilling end effector 8 provided on an arm 7 of the articulated robot 6. FIG.
[Explanation of symbols]
21 Drilling device
22 Outer plate
23 Frame materials
24 base
25 axis of rotation
26 Drill
27 Rotation drive means
28 Feeding means
29 Pressing body
30a, 30b Double acting pneumatic cylinder
31a, 31b displacement detector
32 Feed amount detector
33 Feed amount control means
36 Cutting edge for drilling
37 Cutting blade for dish removal
38 Drill rotation motor
39 Rotating shaft
40 Drill feed motor
41 Screw shaft
42 nuts
43 Drill insertion hole
44 Contact part
45 details
46 Tube
50a, 50b Cylinder body
51a, 51b Piston rod
52a, 52b Eddy current displacement sensor
53a, 53b Target
59 End effector for drilling
60 arms
61 Articulated robot
62 Robot controller

Claims (5)

基台と、
回転軸線まわりに回転駆動され、かつ前記基台に回転軸線と共通な一直線を成す軸線に沿って前進方向および後退方向に移動自在に設けられる穿孔具と、
穿孔具を、前記回転軸線まわりに回転駆動する回転駆動手段と、
穿孔具を、前記基台に対して軸線に沿う前進方向および後退方向に移動させる送り手段と、
穿孔具が、前記回転軸線まわりに回転自在にかつ軸線方向に移動自在に挿入され、前記穿孔具によって穿孔されるべきワークを押圧する押圧体と、
基台に設けられ、押圧体に前記穿孔具の軸線と平行な方向への押圧力を与える押圧力付勢手段と、
押圧体の基台に対する前記軸線方向の位置を検出する押圧位置検出手段と、
穿孔具の基台に対する軸線方向の位置を検出する穿孔位置検出手段と、
押圧位置検出手段による押圧体の位置と、穿孔位置検出手段による穿孔具の位置とに基づいて、穿孔具のワークに対する送り量を求め、この送り量に対応する送り量指令信号によって前記送り手段を制御する送り量制御手段とを含むことを特徴とする穿孔装置。
The base,
A piercing tool that is driven to rotate around a rotation axis and is movable in the forward and backward directions along an axis that forms a common line with the rotation axis on the base;
Rotation driving means for driving the punch to rotate about the rotation axis;
Feed means for moving the punch in the forward and backward directions along the axis with respect to the base;
A pressing body in which a punching tool is inserted so as to be rotatable about the rotation axis and movable in the axial direction, and presses a work to be punched by the punching tool;
A pressing force urging means that is provided on the base and applies a pressing force to the pressing body in a direction parallel to the axis of the punching tool;
A pressing position detecting means for detecting a position in the axial direction relative to the base of the pressing body;
A punching position detecting means for detecting a position in the axial direction with respect to the base of the punching tool;
Based on the position of the pressing body by the pressing position detecting means and the position of the punching tool by the punching position detecting means, the feed amount of the punching tool to the workpiece is obtained, and the feeding means is controlled by a feed amount command signal corresponding to this feed amount. A punching device comprising: a feed amount control means for controlling.
前記基台は、多関節ロボットのアームにエンドエフェクタとして設けられることを特徴とする請求項1記載の穿孔装置。The perforating apparatus according to claim 1, wherein the base is provided as an end effector on an arm of an articulated robot. 前記穿孔具は、先端部に穿孔用切れ刃を有し、シャンク寄りに皿取り用切れ刃を有するドリルであることを特徴とする請求項1または2記載の穿孔装置。The punching device according to claim 1 or 2, wherein the punching tool is a drill having a cutting edge for punching at a tip portion and a cutting edge for dishing near the shank. 前記押圧力付勢手段は、流体圧シリンダから成ることを特徴とする請求項1〜3のうちの1つに記載の穿孔装置。The perforating apparatus according to claim 1, wherein the pressing force urging unit includes a fluid pressure cylinder. 前記押圧位置検出手段は、押圧体側に固定されるターゲットと、基台側に前記ターゲットに対向して固定され、ターゲットの変位を電気的に検出する変位センサとを含んで構成されることを特徴とする請求項1〜4のうちの1つに記載の穿孔装置。The pressing position detecting means includes a target fixed to the pressing body side, and a displacement sensor fixed to the base side facing the target and electrically detecting the displacement of the target. The perforation apparatus according to claim 1.
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