JP4126544B2 - 自動研磨装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボットを使用して金型の成型面等を研磨する自動研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、金型の設計から機械加工までの工程では、数値制御工作機械を導入する等して合理化されるようになったが、機械加工後の研磨作業は未だ熟練者の手作業に頼っている。これは、金型が自由曲面を含む複雑な形状であり、加工面に鏡面に近い面粗さが要求されるためである。
熟練者の作業方法としては、例えば木ベラの先に布ヤスリ等の研磨材を貼り付け、木ベラを持って研磨材を被研磨面に押しつけながら往復運動させることによって研磨する。研磨作業では、初め砥粒の粗い、番手の大きな研磨材で磨いたのち、面粗さが細かくなるにつれ、徐々に砥粒の細かい、番手の小さな研磨材に切り替えていく。また、研磨材の目詰まりが発生した場合には別の研磨材に交換する。これらの研磨材の切替えや交換も、熟練者の判断により手動にて行われる。
しかし手作業による研磨作業は金型の製作時間の２０〜３０％を占めるほど時間のかかる作業であり、従来からその自動化が強く望まれていた。
そして、金型の研磨作業を自動化する自動研磨装置自体は従来より提案されていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−１３８５３１号公報
【０００４】
図９は特許文献１記載の図である。
図において、９０１はロボット本体、９０２はロボット９０１を制御する制御装置、９０３はロボット９０１の手先部分に配置された主軸モータ、９０４は主軸モータ９０３の回転軸に取り付けられ、表面に研磨面を有する研磨工具、９０５は研磨対象となる金型である。図のように、主軸モータ９０３の回転軸まわりに研磨工具９０４が回転し、その先端を金型に押し当てることにより、金型を研磨できるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の自動研磨装置では、研磨工具９０４の中心からの距離で周速が異なるため、研磨工具が接する場所によって研磨速度が異なり、磨き具合にムラが出るという問題点があった。特に研磨工具の回転軸中心においては周速がゼロとなり研磨が不可能になるので、これを避ける必要があった。
また、溝などの細かい部分を研磨するために外径寸法の小さい研磨工具を用いた場合には、研磨工具の回転軸と押圧方向が一致するために研磨工具９０４はドリルのようになってしまい、金型に食い込んで金型を傷つけてしまうという問題点があった。
また、研磨工具に磨耗や目詰まりが発生しやすいため、その都度別の研磨工具に交換する必要があり、交換の手間と時間が多くかかるという問題点があった。
さらには、熟練者が手作業で行っていたように、研磨工具の砥粒を徐々に細かくして仕上げる方法を自動化しようとした場合にも、その都度別の研磨工具に交換する必要があり、交換の手間と時間が多くかかるという問題点があった。
したがって、この発明の目的はこれらの課題を解決するためになされたもので、研磨速度を一定に保つことができ、溝などの細かい部分を研磨するために外径を小さくしても金型への食い込みがなく、研磨工具に磨耗や目詰まりが発生しにくく、さらに研磨工具を交換することなく、研磨工具の砥粒を徐々に細かくして仕上げることができる自動研磨装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の自動研磨装置の発明は、予めプログラムされた経路に沿って研磨工具を移動させることにより研磨を行う自動研磨装置であって、可撓性を有し、表面に研磨面を有する帯状の研磨テープ１０１と、研磨テープ１０１の一端を外周に巻き取る円盤状の送り側リール１０２と、研磨テープ１０１の他の一端を外周に巻き取る円盤状の受け側リール１０３と、送り側リール１０２および受け側リール１０３の間にあって研磨テープ１０１の研磨面を装置外部に突出せしめる研磨プーリ１０４と、研磨テープ１０１に張力を付勢するガイドプーリ１０５と、前記送り側リール１０２、受け側リール１０３、研磨プーリ１０４およびガイドプーリ１０５が回転自在に接続された筐体１０６と、前記筐体１０６に固定され、前記送り側リール１０２あるいは受け側リール１０３あるいはその両方を回転駆動するアクチュエータ１０７とを有する自動研磨装置において、前記研磨プーリ１０４は前記筐体１０６に対して弾性体をもって支持され、前記研磨テープ１０１には研磨面の粗さ（番手）が長さ方向に連続又は階段状に変化し、かつ巻き取り長さの情報が長さ方向に付記されていることを特徴とする。
以上の構成によれば、研磨テープの送り速度が研磨プーリの外周で一定なので、研磨速度が均一になり、場所によって磨き具合にムラが発生しない。また、溝などの細かい部分を研磨するために、外径寸法の小さい研磨工具を用いた場合でも、研磨工具の回転軸と押圧方向が互いに直角であるために、ドリルのように金型に食い込まず、金型を傷つけてしまうことがない。さらに回転研磨工具と比較して、同じ研磨面が金型にあたる頻度が少なくなるため、磨耗や目詰まりが発生しにくく、研磨工具の交換頻度を抑えることができる。
また、研磨プーリが筐体に対して弾性体をもって支持されるので、弾性体が伸縮することにより、複雑な曲面からなる金型の微妙な凹凸にも適切に倣うことができる。
さらに、研磨面の粗さ（番手）が長さ方向に連続又は階段状に変化する研磨テープを用いるので、研磨面の砥粒を徐々に細かくして仕上げる方法を研磨工具を交換することなく自動化でき、しかもその研磨テープには巻き取り長さの情報が長さ方向に付記されているので、研磨工程に応じて常に最適な番手の研磨テープを即座に使用できるため、作業効率がよくなる。。
【０００７】
請求項２記載の自動研磨装置の発明は、予めプログラムされた経路に沿って研磨工具を移動させることにより研磨を行う自動研磨装置であって、可撓性を有し、表面に研磨面を有する帯状でエンドレスの研磨テープ１０１’と、研磨テープ１０１’の内側に接して該研磨テープ１０１’を移送する２個の円盤状リール１０２、１０３と、該２個の円盤状リール１０２、１０３の間にあって研磨テープ１０１’の研磨面を装置外部に突出せしめる研磨プーリ１０４と、研磨テープ１０１’に張力を付勢するガイドプーリ１０５と、前記２個の円盤状リール１０２、１０３、研磨プーリ１０４およびガイドプーリ１０５が回転自在に接続された筐体１０６と、前記筐体１０６に固定され、前記２個の円盤状リール１０２、１０３の一方又は両方を回転駆動するアクチュエータ１０７とを有する自動研磨装置において、
前記研磨テープ１０１’には研磨面の粗さ（番手）が長さ方向に連続又は階段状に変化し、かつ巻き取り長さの情報が長さ方向に付記されていることを特徴とする。
以上の構成によれば、研磨テープの送り速度が研磨プーリの外周で一定なので、研磨速度が均一になり、場所によって磨き具合にムラが発生しない。また、溝などの細かい部分を研磨するために、外径寸法の小さい研磨工具を用いた場合でも、研磨工具の回転軸と押圧方向が互いに直角であるために、ドリルのように金型に食い込まず、金型を傷つけてしまうことがない。さらに回転研磨工具と比較して、同じ研磨面が金型にあたる頻度が少なくなるため、磨耗や目詰まりが発生しにくく、研磨工具の交換頻度を抑えることができる。
また、アクチュエータの駆動が簡単でかつコストダウンのよい自動研磨装置が得られる。
さらに、研磨面の粗さ（番手）が長さ方向に連続又は階段状に変化する研磨テープを用いるので、研磨面の砥粒を徐々に細かくして仕上げる方法を研磨工具を交換することなく自動化でき、しかもその研磨テープには巻き取り長さの情報が長さ方向に付記されているので、研磨工程に応じて常に最適な番手の研磨テープを即座に使用できるため、作業効率がよくなる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施の形態について図面に基づき詳細に説明する。
〈第１の実施の形態〉
本発明の第１の実施の形態について、図１〜図４に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態の斜視図であり、図２は正面図（ａ）および側面図（ｂ）、図３は自動研磨装置を装着した垂直多関節ロボットを示す図である。
図１および図２において、１０１は研磨テープである。研磨テープ１０１は、例えば布ヤスリであり、細長い帯状の布の片面に砥石等の研磨材が塗布されている。研磨テープ１０１は、円盤状の送り側リール１０２の外周に一端を固定し、これを起点としてリールの周囲に巻き取られた状態で提供される。研磨テープ１０１の他の一端は、送り側リール１０２と同様の形状を持つ受け側リール１０３の外周に固定される。１０４は研磨プーリであり、送り側リール１０２および受け側リール１０３との間にあって、両リールに対して研磨テープ１０１を装置外部に突出させる。
また、１０５はガイドプーリであり、研磨テープ１０１に圧接することにより、研磨テープ１０１がたるまないための張力を付勢する。
前記送り側リール１０２、受け側リール１０３、研磨プーリ１０４およびガイドプーリ１０５は、筐体１０６に各々回転軸を介して回転自在に取り付けられている。このうち送り側リール１０２の回転軸は、筐体１０６に固定された送り側アクチュエータ１０７ａの出力軸に直結されており、送り側アクチュエータ１０７ａを駆動することによって送り側リール１０２が回転するように構成されている。
【０００９】
同様に、受け側リール１０３の回転軸は、筐体１０６に固定された受け側アクチュエータ１０７ｂの出力軸に直結されており、受け側アクチュエータ１０７ｂを駆動することによって受け側リール１０３が回転するように構成されている。アクチュエータには、例えば電動モータなどを用いることができる。
ここで、受け側アクチュエータ１０７ｂを駆動することによって受け側リール１０３を図２（ａ）に示す矢印の方向に回転させ、同時に送り側アクチュエータ１０７ａを駆動することによって送り側リール１０２を同じ方向に回転させると、送り側リール１０２の外周の研磨テープ１０１が受け側リール１０３に巻き取られる。このとき研磨プーリ１０４の外周においても、研磨テープ１０１が図の矢印方向に送られる。
従って、図３に示すように垂直多関節ロボット３０１の手先に筐体１０６を装着した状態で、研磨プーリ１０４を金型３０２に押し当てるようにロボット３０１を制御することにより、研磨テープ１０１の送り速度を研磨速度として、金型を研磨することができる。
本方式によれば、研磨テープ１０１の送り速度は研磨プーリ１０４の外周で一定なので、研磨速度が均一になり、場所によって磨き具合にムラが発生しない。
また、溝などの細かい部分を研磨するために、外径寸法の小さい研磨工具を用いた場合でも、研磨工具の回転軸と押圧方向が互いに直角であるために、ドリルのように金型に食い込まず、金型を傷つけてしまうことがない。
上記実施の形態では、送り側リール１０２および受け側リール１０３を別のアクチュエータで駆動しているが、これを１台のアクチュエータで連動して動作させても当然構わない。
【００１０】
アクチュエータ１０７の動作例を図４に示す。
図４（ａ）は、送り側リール１０２に巻かれた磨きテープ１０１が全て受け側リール１０３に巻き取られるまで同一方向に回転し、その後に逆回転して再度磨きテープ１０１を全て送り側リール１０２に収容する例である。この方法では、研磨速度が巻き取りの始点終点以外は常時一定に保たれるため、磨きを均一にできるという利点がある。
また、図４（ｂ）は、研磨テープを短い幅で往復運動させて研磨する例である。この方法は、熟練者の手作業に近い研磨動作が再現できるという利点がある。
いずれの場合も、本実施の実施の形態によれば、回転研磨工具と比較して、同じ研磨面が金型にあたる頻度が少なくなる。このため磨耗や目詰まりが発生しにくく、研磨工具の交換頻度を抑えることができる。
【００１１】
〈第２の実施の形態〉
図５は本発明の第２の実施の形態における研磨テープの特性を示す図である。熟練者の手作業では、初め砥粒の粗い、番手の大きな研磨材で磨いたのち、面粗さが細かくなるにつれ、徐々に砥粒の細かい、番手の小さな研磨材に切り替えていく方法がとられる。そこで、研磨テープ１０１に塗布する砥石の粗さを、図５（ａ）に示すように初めは粗く、最後のほうは細かくなるようにしておけば、図４（ｂ）のような研磨方法を用いた場合に、研磨作業の進行に応じて番手を徐々に細かくすることができる。もっとも、実用にあたっては、図５（ｂ）に示すように、番手が階段状に変化するようにすれば十分である。これならば、番手の異なる研磨テープをつなぎ合わせることで簡単に製作できるため、コストも低く抑えることができる。
【００１２】
〈第３の実施の形態〉
図６は本発明の第３の実施の形態を示す図である。
図６は既に説明した図２（ａ）と、一部を除いて同様に構成されている。図において、前述の図２（ａ）と同符号は相当部分を示しており、説明を割愛する。研磨プーリ１０４の回転軸と筐体１０６との間には弾性体６０１が付加されている。弾性体は例えばバネやゴム等が考えられる。研磨動作時には、垂直多関節ロボットの手先を、金型表面に倣わせるように予めプログラムされた経路に従って動作させるが、実際の動作時には、磨きの進行度合い等に応じて研磨面と被研磨面との相対位置関係が絶えず変化する。本実施の形態によれば、弾性体６０１が伸縮することにより、複雑な曲面からなる金型の微妙な凹凸にも適切に倣うことができる。
【００１３】
〈第４の実施の形態〉
図７は、本発明の第４の実施の形態を示す図である。
図７（ａ）は既に説明した図２（ａ）と、一部を除いて同様に構成されている。図において、前述の図２（ａ）と同符号は相当部分を示しており、説明を割愛する。７０１は筐体１０６に固定された光学式読取装置であり、例えば読み取り面から赤外光を照射して対象物に反射した光を検出し、対象物の白黒を判別することができる。光学式読取装置７０１の読み取り面は、研磨テープ１０１の研磨面の裏側に向けられており、読み取り結果は図示しない信号線を介して垂直多関節ロボットの制御装置に送られる。
研磨テープ１０１の研磨面裏側の一例を、図７（ｂ）および図７（ｃ）に示す。図７（ｂ）の例では黒色のマークが等間隔で印刷されており、光学式読取装置でこの黒色マークの数を計測することにより、研磨テープの送り長さを算出することができる。
また、図７（ｃ）の例では研磨テープの送り長さをコード化したバーコードが等間隔で印刷されており、光学式読取装置でバーコードを読み取ることにより、研磨テープの送り長さを算出することができる。ここで垂直多関節ロボットの制御装置に、研磨テープの送り長さと研磨材の番手の関係をあらかじめ記憶させておけば、任意の番手の研磨テープを研磨プーリに送り出すことができる。本実施の形態によれば、研磨工程に応じて常に最適な番手の研磨テープを即座に使用できるため、作業効率がよい。図７（ｃ）の例で、バーコード情報として番手の情報を直接書き込んでいてもよい。
【００１４】
〈第５の実施の形態〉
図８は、本発明の第５の実施の形態を示す図で、自動研磨装置の正面図（ａ）および側面図（ｂ）である。
図において、１０１’は第５の実施の形態に係る研磨テープで、この研磨テープ１０１’は、例えば布ヤスリであり、細長い帯状の布の片面に砥石等の研磨材が塗布されていて、両端を接続したエンドレステープとなっている。この研磨テープ１０１’の内側に２個の円盤状リール１０２’、１０３’、研磨プーリ１０４のそれぞれ外周が接して、この２個の円盤状リール１０２’、１０３’の回転により研磨テープ１０１’がエンドレスに移送されるものである。そして、研磨テープ１０１’の外側にガイドプーリ１０５を圧接することにより、研磨テープ１０１’がたるまないための張力を付勢する。
円盤状リール１０２’、１０３’、研磨プーリ１０４およびガイドプーリ１０５は、筐体１０６に各々回転軸を介して回転自在に取り付けられている。このうち円盤状リール１０２’、１０３’の両方又は一方の回転軸は、筐体１０６に固定されたアクチュエータ１０７の出力軸に直結されており、アクチュエータ１０７の回転により両方又は一方を駆動することによって研磨テープ１０１’が一方向（例えば、矢印の方向）へ移動するように構成されている。また、アクチュエータ１０７の逆回転により研磨テープ１０１’が逆方向へ移動するように構成されている。
従って、これを垂直多関節ロボットの手先に装着した状態で、研磨プーリ１０４を金型に押し当てるように制御することにより、研磨テープ１０１’の送り速度を研磨速度として、金型を研磨することができる。
このような方式によれば、研磨テープ１０１’の送り速度は研磨プーリ１０４の外周で一定なので、研磨速度が均一になり、場所によって磨き具合にムラが発生しない。
また、溝などの細かい部分を研磨するために、外径寸法の小さい研磨工具を用いた場合でも、研磨工具の回転軸と押圧方向が互いに直角であるために、ドリルのように金型に食い込まず、金型を傷つけてしまうことがない。
円盤状リール１０２’、１０３’の両者の回転速度が常に等しいので、アクチュエータ１０７の駆動が簡単になり、また１個で済ますことができるので、コストダウンとなる。
【００１５】
【発明の効果】
第１の発明の自動研磨装置によれば、研磨テープ１０１の送り速度は研磨プーリ１０４の外周で一定なので、研磨速度が均一になり、場所によって磨き具合にムラが発生しない。また、溝などの細かい部分を研磨するために、外径寸法の小さい研磨工具を用いた場合でも、研磨工具の回転軸と押圧方向が互いに直角であるために、ドリルのように金型に食い込まず、金型を傷つけてしまうことがない。さらに回転研磨工具と比較して、同じ研磨面が金型にあたる頻度が少なくなるため、磨耗や目詰まりが発生しにくく、研磨工具の交換頻度を抑えることができる。
第２の発明の自動研磨装置によれば、研磨面の砥粒を徐々に細かくして仕上げる方法を研磨工具を交換することなく自動化できる。
第３の発明の自動研磨装置によれば、弾性体が伸縮することにより、複雑な曲面からなる金型の微妙な凹凸にも適切に倣うことができる。
第４の発明の自動研磨装置によれば、研磨工程に応じて常に最適な番手の研磨テープを即座に使用できるため、作業効率がよい。
第５の発明の自動研磨装置によれば、アクチュエータの駆動が簡単になり、また１個で済ますことができるので、コストダウンとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態を示す正面図および側面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に基づく垂直多関節ロボットを示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態におけるアクチュエータの動作例を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態における研磨テープの特性を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態を示す図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態を示す図である。
【図８】本発明の第５の実施の形態を示す図である。
【図９】従来例を示す図である。
【符号の説明】
１０１ 研磨テープ
１０２ 送り側リール
１０３ 受け側リール
１０４ 研磨プーリ
１０５ ガイドプーリ
１０６ 筐体
１０７ アクチュエータ
１０７ａ 送り側アクチュエータ
１０７ｂ 受け側アクチュエータ
３０１ 垂直多関節ロボット
３０２ 金型
６０１ 弾性体
７０１ 光学式読取装置
１０１’ 研磨テープ
１０２’、１０３’ 円盤状リール

Claims (2)

1. 予めプログラムされた経路に沿って研磨工具を移動させることにより研磨を行う自動研磨装置であって、可撓性を有し、表面に研磨面を有する帯状の研磨テープ１０１と、研磨テープ１０１の一端を外周に巻き取る円盤状の送り側リール１０２と、研磨テープ１０１の他の一端を外周に巻き取る円盤状の受け側リール１０３と、送り側リール１０２および受け側リール１０３の間にあって研磨テープ１０１の研磨面を装置外部に突出せしめる研磨プーリ１０４と、研磨テープ１０１に張力を付勢するガイドプーリ１０５と、前記送り側リール１０２、受け側リール１０３、研磨プーリ１０４およびガイドプーリ１０５が回転自在に接続された筐体１０６と、前記筐体１０６に固定され、前記送り側リール１０２あるいは受け側リール１０３あるいはその両方を回転駆動するアクチュエータ１０７とを有する自動研磨装置において、
   前記研磨プーリ１０４は前記筐体１０６に対して弾性体をもって支持され、
   前記研磨テープ１０１には研磨面の粗さ（番手）が長さ方向に連続又は階段状に変化し、かつ巻き取り長さの情報が長さ方向に付記されていることを特徴とする自動研磨装置。
2. 予めプログラムされた経路に沿って研磨工具を移動させることにより研磨を行う自動研磨装置であって、可撓性を有し、表面に研磨面を有する帯状でエンドレスの研磨テープ１０１’と、研磨テープ１０１’の内側に接して該研磨テープ１０１’を移送する２個の円盤状リール１０２、１０３と、該２個の円盤状リール１０２、１０３の間にあって研磨テープ１０１’の研磨面を装置外部に突出せしめる研磨プーリ１０４と、研磨テープ１０１’に張力を付勢するガイドプーリ１０５と、前記２個の円盤状リール１０２、１０３、研磨プーリ１０４およびガイドプーリ１０５が回転自在に接続された筐体１０６と、前記筐体１０６に固定され、前記２個の円盤状リール１０２、１０３の一方又は両方を回転駆動するアクチュエータ１０７とを有する自動研磨装置において、
   前記研磨テープ１０１’には研磨面の粗さ（番手）が長さ方向に連続又は階段状に変化し、かつ巻き取り長さの情報が長さ方向に付記されていることを特徴とする自動研磨装置。

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