JP5110430B2 - 加工用エンドレスベルトを使用するロボット式工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、例えばタービンエンジンの排気ケーシングなどの被加工物について研磨、研削、バリ取り、シェービング、ブラシ加工などの作業を実行する目的のため、ロボットアームに取り付けられるように設計された加工用エンドレスベルトを使用する工作機械に関する。

タービンエンジンの排気ケーシングは、いくつかの部材を溶接ビードによって一体に組み立てて構成されており、それらの溶接ビードを、溶接ビードに沿い、組み立てられた部材の間に滑らかな輪郭をもたらすために、機械加工しなければならない。

従来技術として、エンドレス研磨ベルトを被駆動プーリおよび駆動プーリを巡って案内して使用する工作機械が挙げられ、被駆動プーリおよび駆動プーリの回転軸は平行であり、被駆動プーリが、プーリを互いから引き離してプーリ間で研磨ベルトを引き張るように機能するラムのピストンロッドに取り付けられる。

被加工物が比較的複雑である場合、この工作機械を、作業者によって手動で操作および案内しなければならないが、これは加工の作業を低速で高価であって、さらには作業者にとって比較的危険なものにする。

作業者による工作機械の手動での使用には、他にも多くの欠点が存在する。正確な加工距離を画定するやり方が存在せず、すなわち加工後に残る材料の厚さ、したがって加工後の溶接ビードの平滑さが、完全に作業者の熟練に依存する。また、工作機械の動作の際に、研磨ベルトがプーリから外れる可能性があり、その場合、工作機械を停止させ、作業者が研磨ベルトを所定の位置に戻すべく介入しなければならない。

本発明の特段の目的は、従来技術の問題に対する簡潔、効果的、かつ安価な解決策を提供することにある。

この目的のため、本発明は、加工用エンドレスベルトを使用するロボット式の工作機械であって、加工用ベルトを案内するよう、一方が前部に、他方が後部に位置している２つのプーリ、前部プーリを、工作機械の本体上に平行移動可能に案内された支持具によって保持されたスピンドル上で空転させながら、後部プーリを回転させる駆動手段、およびベルトを２つのプーリの間で引き張るラム手段を備え、前部プーリの側方に、前部プーリのスピンドル上で空転する２つのホイールが位置しており、これら２つのホイールが、加工対象の表面上を転がって、前部プーリの周囲を案内される加工用ベルトと加工対象の表面との間の加工距離を画定するように、前部プーリの外径よりも大きい外径を有し、これら２つのホイールが、導電性の材料で製作されて、それぞれ導電部材によって電力供給源の端子へと接続され、電力供給源の別の端子が、被加工物へと接続されるように意図されており、工作機械が、各ホイールおよび被加工物との間の電流の通過を検出する手段を、工作機械の位置および経路を制御する手段へと接続してさらに備える工作機械を提供する。

加工距離は、ベルトの外側作業面とホイールの外周面との間の距離として画定される。

被加工物の表面の溶接ビードを加工するとき、工作機械が、加工後に被加工物から突き出す溶接ビードの厚さが溶接ビードの全長にわたって一定に画定されるよう、ホイールをビードの各側に位置させて被加工物の表面に恒久的に接触させながら、溶接ビードに沿って動かされる。

溶接ビードが、被加工物の整列していない表面を接続している場合には、それぞれのホイールを被加工物の一方の表面に接触させ、加工用ベルトで、２つの整列していない表面の間の溶接ビードを加工することができる。

さらに、加工用ベルトの前部プーリからの外れが、プーリの各側に取り付けられたホイールによって防止される。これにより、加工作業の突然の中断、およびベルトをプーリ上の所定の位置に戻す作業者による介入を回避することができる。

ホイールは、好ましくは前部プーリのスピンドルへと着脱可能に取り付けられる。これにより、加工距離を、工作機械に取り付けられたホイールを、単純に別の外径を有する他のホイールと交換することによって変更することができる。

本発明のさらなる特徴によれば、ホイールが、導電性の材料で製作され、それぞれが導電部材によって電気エネルギー供給源の１つの端子へと接続され、電気エネルギー供給源の別の端子が、被加工物へと接続されるように意図されている。

ホイールを、導電性の部分からなる加工対象の表面に接触させて、例えば溶接ビードに沿って転がすと、電流がホイールとこの表面との間を通過し、工作機械に備えられた適切な手段によって検出され、対応する信号が工作機械の制御手段へと送信される。一方のホイールが加工対象の表面との接触を失うとすぐに、制御手段が、再び両方のホイールが加工対象の表面に接触するように保証すべく、工作機械の位置および経路を変更する。

ホイールは、耐摩耗性の金属材料で製作することが可能であり、互いに電気的に絶縁され、工作機械の残りの部分から電気的に絶縁される。

前部プーリの支持具は、有利には、ラムの長手軸にほぼ平行な軸を中心として回転可能である。上述の手段が、一方のホイールと加工対象の表面との間の電流の通過を検出しない場合、このホイールが表面に接触して、上記手段が再びホイールと加工対象の表面との間の電流の通過を検出するまで、前部プーリの支持具をラムの長手軸を中心として回転させることができる。

工作機械は、例えばラムのピストンの移動の終わりの位置（完全に引き込まれた位置、および完全に引き出された位置）の２つのセンサ、ならびに加工用ベルトが工作機械のプーリの間で引き伸ばされている中間位置を検知するセンサなど、ラムのピストンの位置を検知するセンサを備える。

添付の図面を参照しながらあくまで本発明を例示に限定されることなく提示される以下の説明から、本発明をより明確に理解でき、本発明の他の詳細、特徴、および利点が明らかになるであろう。

最初に図１を参照すると、この図は、前端に被駆動プーリ１２を備え、後端に駆動プーリ１４を備え、これらのプーリ１２、１４の回転軸が平行であって、これらのプーリ１２、１４によって研磨ベルトなどの加工用エンドレスベルト１５を駆動および案内することができる本発明による工作機械１０の概略図である。工作機械１０は、例えばタービンエンジンの排気ケーシングなどの被加工物について研磨、研削、バリ取り、シェービング、ブラシ加工などの作業を実行するため、ロボットアーム１６によって保持されるように設計されている。

さらに詳しく後述されるとおり、工作機械１０は、プーリ１２、１４によって駆動および案内される加工用ベルト１５が前部プーリ１２によって被加工物の表面へと押し付けられてこの表面を摩耗によって加工するやり方で、ロボットアーム１６によって前方または後方へと動かされる。

ここで、工作機械１０は、細長い形状であって、後部にロボットアーム１６の一端へと取り付けられたベース１８を備え、前部にベース１８上に工作機械の長手軸（両矢印２１）に沿って平行移動可能に案内された本体２０を備える。

ベース１８は、スピンドル２４を回転させる駆動手段２２を有し、スピンドル２４に、駆動プーリ１４が取り付けられている。被駆動プーリ１２は、駆動プーリ１４のスピンドル２４に平行であって、工作機械の本体２０の前端に取り付けられているスピンドル２６に、空回り可能に取り付けられている。

さらに工作機械１０は、ラム３０を備え、ラム３０のシリンダ３２が、工作機械のベース１８に取り付けられ、ピストンロッド３４が、工作機械の本体２０の後端に接続され、本体２０を平行移動させる。本体２０の後端にスライダ３６が保持されており、工作機械のベース１８に取り付けられたレール３８と係合し、工作機械の本体の平行移動を案内する。

プーリ１２および１４が加工用ベルト１５の両端に係合しているときに、ラムのピストンロッド３４が、ベルト１５がプーリ１２、１４の間で引き伸ばされるまで延伸させられる。

工作機械は、ラムのピストンロッド３４の位置を検出するための３つのセンサ４０、４２、および４４を含む。これらは、工作機械１０の制御ユニットへと接続されている。センサ４０および４２は、それぞれラムのピストンロッド３４が完全に引き出された位置および完全に引き込まれた位置にあるときに制御ユニットへと信号を送信する。センサ４４は、図１の場合のように、ラムのピストンロッドが途中まで引き出され、工作機械のプーリ１２、１４がベルトを工作機械のプーリ間において引き伸ばすために充分に遠く離れている場合に、信号を発する。

工作機械の本体２０の前端は、Ｕ字形のフォーク４６へと接続されている。フォーク４６は、平行かつ或る距離だけ離間した２つのアーム４８を有し、アーム４８に、前部プーリ１２を回転させるスピンドル２６の両端のための軸受が収容されている。このフォーク４６は、工作機械の長手軸にほぼ平行な軸を中心として本体２０の前端において回転できるように取り付けられている。図示の例では、フォーク４６が、工作機械の本体２０の該当の穴の中心に位置し、この穴によって回転可能に案内され、工作機械によって保持された駆動手段によって回転させられるスピンドル５０によって支持されている。

さらに、工作機械１０は、２つの同一なホイール６０を、前部プーリ１２の両側においてこのプーリ１２のスピンドル２６に自由に回転できるように取り付けて備える。ホイール６０は、プーリ１２とフォーク４６のアーム４８との間に位置し、フォークのアーム４８に平行であり、これらのアームおよび前部プーリから離されている。

ホイール６０は、前部プーリ１２の外径よりも大きな外径を有し、工作機械が加工対象の表面上を移動するとき、この表面を転がるように設計されている。また、加工用ベルト１５が工作機械に取り付けられるとき、プーリ１２の両側に取り付けられたホイール６０によって、加工用ベルト１５がプーリ１２から滑って外れることがないようにされる。

ベルト１５の外側作業面とホイール６０の外周面との間の半径方向の距離（プーリ１２の回転の軸２６からの半径について測定）が、表面を加工した後にこの表面から突き出す材料の厚さに相当する加工距離Ｃを画定している（図２および図３）。すなわち、ホイール６０が、加工によって除去されるべき溶接ビード６２を備える被加工物に恒久的に接触状態に保たれる場合、この溶接ビードが、加工後に、この加工距離に理論的に等しい厚さｅを有することになる。加工対象の溶接ビード６２は、ベルト１５およびプーリ１２よりも狭く、したがってホイール６０は、ビードに触れることなくビードの各側に沿って転がることができる。

加工距離Ｃを、工作機械に取り付けられたホイール６０を、別の外径を有する他のホイールと交換することによって変更することができる。したがって、ホイールは、工作機械１０へと着脱可能に取り付けられる。

ホイール６０が常に被加工物に接しているように保証するため、工作機械は、ホイール６０と被加工物との間に電流を生成して、この電流を検出するための手段７０を含み、これらの手段が、工作機械１０およびロボットアームを制御する制御ユニット７４へと接続されている。

ホイール６０が、導電性材料で製作され、導電部材６４によって電気エネルギー供給源の端子へと接続され、電気エネルギー供給源の他方の端子が、それ自体が導電性材料で製作されている被加工物へと接続される（図２）。電気エネルギー供給源が、電線６６などの適切な手段によって導電部材６４および被加工物へと接続されている。

導電部材６４は、フォーク４６へと取り付けられ、それぞれ好ましくはばねの圧力の下でホイール６０の外表面へと押し付けられている。ホイール６０が、導電部材６４に摩擦接触しており、例えばタングステン主体の複合材料など、好ましくは耐摩耗性の金属材料で製作されている。ホイール６０は、互いに電気的に絶縁されており、工作機械１０の他の構成要素から絶縁されている。導電部材６４も、互いに電気的に絶縁されており、工作機械１０の残りの部分から絶縁されている。さらに、電気絶縁体６８が、フォーク５６と工作機械の本体２０との間に取り付けられている。

手段７０が、ホイール６０のそれぞれおよび被加工物との間の電流の通過を検出し、対応する信号７２を、工作機械１０およびロボットアーム１６を制御する制御ユニット７４へと伝達し、結果として工作機械の位置および経路を変更する。

図４から図６は、被加工物の整列した２つの壁８２、８４の間の溶接ビード８０の加工のプロセスの各段階を示している。

工作機械の前部プーリ１２が、工作機械のホイール６０のうちの少なくとも一方が被加工物の一方の壁８４に接するまで、溶接ビード８０に向かって進められる（図４）。この接触によって、ホイール６０と被加工物との間に電流が送られ、これが手段７０によって検出される。

図５のように、一方のホイール６０のみが被加工物の壁８４に接触している場合、ユニット７４が、さらに他方のホイール６０が被加工物の他方の壁８２に接触するようにフォーク４６を枢動させるべく制御し、この接触によって、ホイールと壁８２との間を通過する電流が生じ、これが手段７０によって検出される（図６）。今や工作機械が、ホイールを溶接ビード８０の各側に１つずつ位置させ、前部プーリ１２の回転の軸２６を被加工物の壁８２、８４に対してほぼ平行に位置させてなる溶接ビード８０を加工するための位置にある。ここで、工作機械１０が溶接ビードに沿って後方または前方に動かされ、ベルト１５がプーリ１２によって溶接ビード８０へと押し付けられ、余分なビード材料を削り落とし、すなわち所定の加工距離を超える厚さを削り落とす。さらに、工作機械１０に、工作機械１０の経路を溶接ビード８０に整列させるための手段を備えてもよい。

図７に示した例では、工作機械１０が、互いに対して整列していない（すなわち、段差または段部を形成している）２つの壁８２’、８４’の間の溶接ビード８０’を削るために使用されている。ユニット７４が、それぞれのホイール６０が被加工物の壁８２’、８４’と接するように、フォーク４６を枢動させるべく制御する。この場合、前部プーリ１２の回転の軸２６は、壁８２’、８４’のそれぞれに対して傾けられている。

上述の例において、フォーク４６が、制御ユニット７４の介入を必要とすることなく、あるいは工作機械の位置および経路を変化させることなく、小さな角度について工作機械の長手軸を中心にして自由に枢動可能であってもよい。これにより、工作機械が、被加工物の壁の間の高さの相違および／またはこれらの壁の不完全さに適合することができる。

本発明による工作機械の概略正面図である。 図１の工作機械の一部分を拡大した概略正面図である。 図１の工作機械の一部分を拡大した概略側面図である。 本発明による工作機械の前部の一部分のきわめて概略的な斜視図であり、被加工物の整列した２つの壁を接続している溶接ビードを加工するプロセスの一段階を示す。 本発明による工作機械の前部の一部分のきわめて概略的な斜視図であり、被加工物の整列した２つの壁を接続している溶接ビードを加工するプロセスの一段階を示す。 本発明による工作機械の前部の一部分のきわめて概略的な斜視図であり、被加工物の整列した２つの壁を接続している溶接ビードを加工するプロセスの一段階を示す。 本発明による工作機械の一部分について、前方から見た概略図であり、被加工物の整列していない２つの壁を接続している溶接ビードを加工するプロセスの一段階を示す。

符号の説明

１０ 工作機械
１２ 被駆動プーリ
１４ 駆動プーリ
１５ 加工用（エンドレス）ベルト
１６ ロボットアーム
１８ ベース
２０ 本体
２２ 駆動手段
２４、２６、５０ スピンドル
３０ ラム
３２ シリンダ
３４ ピストンロッド
３６ スライダ
３８ レール
４０、４２、４４ センサ
４６ フォーク
４８ アーム
６０ ホイール
６２、８０、８０’ 溶接ビード
６４、 導電部材
６６ 電線
６８ 電気絶縁体
７０ 電流生成／検出手段
７２ 信号
７４ 制御ユニット
８２、８２’、８４、８４’ 壁

Claims (7)

1. 加工用エンドレスベルトを使用するロボット式の工作機械であって、
   加工用ベルトを案内するよう、一方が前部に、他方が後部に位置している２つのプーリ、
   前部プーリを、工作機械の本体上に平行移動可能に案内された支持具によって保持されたスピンドル上で空転させながら、後部プーリを回転させる駆動手段、および
   ベルトを２つのプーリの間で引き張るラム手段、
   を備え、
   前部プーリの側方に、前部プーリのスピンドル上で空転する２つのホイールが位置しており、前記２つのホイールが、加工対象の表面上を転がって、前部プーリの周囲を案内される加工用ベルトと加工対象の表面との間の加工距離を画定するように、前部プーリの外径よりも大きい外径を有し、前記２つのホイールが、導電性の材料で製作されて、それぞれ導電部材によって電力供給源の端子へと接続され、電力供給源の別の端子が、被加工物へと接続されるように意図されており、
   工作機械が、各ホイールおよび被加工物との間の電流の通過を検出する手段を、工作機械の位置および経路を制御する手段へと接続してさらに備える、工作機械。
2. 前部プーリの支持具が、ラムの長手軸にほぼ平行な軸を中心として回転可能である、請求項１に記載の工作機械。
3. ラムのピストンの位置を検知する３つのセンサを備える、請求項１に記載の工作機械。
4. ロボットアームに取り付けられた、請求項１に記載の工作機械。
5. ホイールが、前部プーリのスピンドルへと着脱可能に取り付けられている、請求項１に記載の工作機械。
6. ホイールが、耐摩耗性の金属材料で製作されている、請求項１に記載の工作機械。
7. ホイールが、互いに電気的に絶縁され、工作機械の他の部分から電気的に絶縁されている、請求項１に記載の工作機械。

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