JP6293477B2 - 研磨集塵システム - Google Patents

Description

本発明は、研磨加工により発生した粉塵を収集する研磨集塵システムに関する。

一般に、ディスクグラインダを用いてワークの表面を研削加工する場合、ディスク砥石とワークとの接触点を基点に、ディスクの回転方向となる接線方向に粉塵は飛散する。粉塵を回収する方法として、例えば特許文献１には、エアブローを用いることで、集塵装置の吸引により負圧となる領域に粉塵を飛散させる方法が開示されている。また、例えば特許文献２には、小型の研削加工装置において砥石とワークとの接触点の近傍に集塵装置を取り付けることで、粉塵が大きく飛散する前に回収する方法がある。

特開平７−１３２４６３号公報 実開平５−５３８５８号公報

しかし、上記従来のエアブローを用いた方法では、あらゆる飛散方向に対処するために装置が大掛かりなものになってしまう。また、砥石とワークとの接触点の近傍に集塵装置を取り付けた方法では、集塵装置とワークとの接触が懸念される。このため、作業が中断し作業効率が低下する場合があった。

そこで、本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、研磨加工により発生した粉塵を簡単な構成で効率良く収集可能な研磨集塵システムを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明のある態様に係る研磨集塵システムは、ワークを保持するワーク保持具と、円盤状砥石を回転駆動して前記ワーク保持具に保持された前記ワークを研磨加工し、前記ワークと当該円盤状砥石との接触点を基点に当該円盤状砥石の回転方向且つ接線方向に粉塵を飛散させるグラインダと、集塵領域に在る粉塵を収集するように構成された集塵装置と、前記グラインダを前記ワーク保持具に対して相対的に移動させる相対移動機構と、前記相対移動機構を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記ワーク保持具に保持された前記ワークの加工部位を前記円盤状砥石で研磨する際に、前記粉塵の飛散方向が前記集塵領域を向くように前記グラインダの前記ワークに対する相対的な位置及び姿勢を制御する。

上記構成によれば、グラインダをワーク保持具に対して相対的に移動させて、円盤状砥石が加工位置に位置するよう制御しつつ、粉塵の飛散方向が集塵領域の方向となるようにグラインダのワークに対する相対的な位置及び姿勢を制御するので、大掛かりなエアブロー装置を用いることなく、簡単なシステム構成で効率良く粉塵を収集することができる。

前記相対移動機構として、前記グラインダ及び前記ワーク保持具の少なくとも一方をハンドにより保持する多関節ロボットを更に備え、前記制御装置は、前記多関節ロボットを制御することにより、前記グラインダを前記ワーク保持具に対して相対的に移動させてもよい。

上記構成により、相対移動機構として多関節ロボットを用いるので、相対移動機構として専用機を設ける必要がなくなり、相対移動機構の構成が簡素化される。

前記相対移動機構として、前記ワーク保持具を回転移動又は並進移動可能なポジショナを更に有し、前記制御装置は、前記ポジショナにより前記ワーク保持具を回転移動又は並進移動させて前記ワークの位置及び姿勢を制御し、前記多関節ロボットにより前記グラインダを移動させて前記円盤状砥石の位置を制御してもよい。

上記構成により、ワーク保持具によりワークを固定し、且つ多関節ロボットの動作によりグラインダを移動させる形態では制御しきれない飛散方向を正確に制御することができる。

前記集塵装置は、吸引装置を備え、前記集塵領域は、前記吸引装置の吸引によって負圧となる領域でもよい。上記構成により、集塵領域に在る粉塵を確実に収集することができる。

前記集塵装置は、前記ワークと前記円盤状砥石との接触点よりも下方に配置され、且つ上方に開口を有する受け部を備え、前記集塵領域は、前記受け部の前記開口内部の領域でもよい。

上記構成により、吸引装置を用いることなく簡単な構成で粉塵を収集することができる。また、吸引装置を用いる場合には、より好適に粉塵を収集することができる。

本発明によれば、研磨加工により発生した粉塵を簡単な構成で効率良く収集可能な研磨集塵システムを提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態１に係る研磨集塵システムの構成を示した概略図である。 図２は、図１のグラインダの構成を示す側面図である。 図３は、図１のロボットを用いた研磨加工における粉塵の飛散方向を説明するための概略図である。 図４は、図３の粉塵の飛散方向の制御の一例を示す模式図である。 図５は本発明の実施の形態２に係る研磨集塵システムの構成を示した概略図である。 図６は本発明の実施の形態３に係る研磨集塵システムの構成を示した概略図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下では、全ての図を通じて、同一又は相当する要素には同じ参照符号を付して、重複する説明を省略する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る研磨集塵システム１の構成を示した図である。研磨集塵システム１は、ワークＷを保持するワーク保持具２と、円盤状砥石を回転駆動してワーク保持具２に保持されたワークＷを研磨加工し、ワークＷと当該円盤状砥石との接触点を基点に当該円盤状砥石の回転方向且つ接線方向に粉塵を飛散させるグラインダ３と、研磨加工により発生した粉塵Ｄを収集するように構成された集塵装置４と、グラインダ３をワーク保持具２に対して相対的に移動させる相対移動機構５と、相対移動機構５を制御する制御装置６と、を備える。本実施の形態の研磨集塵システム１は、研磨場２０においてワーク保持具２により固定されているワークＷをグラインダ３により研磨加工し、研磨加工により発生した粉塵を研磨場２０の一端に取り付けられた集塵装置４により収集するようになっている。

ワーク保持具２は、本実施の形態では、作業場２０内に配置された基台（図示せず）及び当該基台上にワークＷを固定して位置決め可能な機構（図示せず）を有する。本実施の形態における研磨加工の対象物であるワークＷは、特に限定されない。

集塵装置４は、集塵領域Ｓに在る粉塵を収集するように構成されている。本実施の形態の集塵装置４は、吸引装置（図示せず）を内部に備え、この吸引装置の吸引によって負圧となる領域を集塵領域Ｓとする。尚、集塵装置４の吸引方向は任意の方向でよいが、本実施の形態では、集塵装置４の吸引口は水平方向に開口し、水平方向に吸引される。ここでは吸引力は一定とするが、適宜変更してもよい。

相対移動機構５は、本実施の形態では多関節ロボットである。多関節ロボット５（以下、単にロボットともいう）は、床面等の載置面に設置されるベース（基台）１０と、ベース１０から突出するアーム１１とを有する。アーム１１には制御装置６からの指令により角度変更するように駆動される複数の関節が設けられているとともにその先端にはツール１２が取り付けられている。本実施の形態では、ツール１２は、グラインダ３を保持するように構成されたハンド（エンドエフェクタ）である。ロボット５には、各関節の角度を検出可能なエンコーダ等が組み込まれており、関節の角度と、アーム１１を構成するリンクとの寸法、ツール１２及びグラインダ３の寸法及び角度等により、ベース座標系又はツール座標系における位置及び姿勢が特定できるようになっている。

制御装置６は、ワーク保持具２に保持されたワークＷの加工部位を円盤状砥石３１で研磨する際に、粉塵Ｄの飛散方向が集塵領域Ｓを向くようにグラインダ３のワークＷに対する相対的な位置及び姿勢を制御する。制御装置６は、本実施の形態では、ロボット５を制御するロボットコントローラである。制御装置６は、ベース座標系又はツール座標系における位置及びベクトルを算出し、ロボット５に動作指令を送信する。このようにしてロボット５を制御することにより、グラインダ３をワーク保持具２に対して相対的に移動させる。制御装置６は、例えば作業場２０から離れた場所に配置され、作業者はロボット５による研磨加工等の稼働状況を管理する。

図２は、グラインダ３の構成を示す側面図である。図２に示すように、グラインダ３は、円盤状砥石３１と、グラインダ３を保持するための保持部３２とを備える。円盤状砥石３１は、グラインダ３本体の一端に設けられた回転軸３３に取り付けられ、回転軸３３を中心に回転駆動してワークＷを研磨加工する。グラインダ３は、ワークＷと円盤状砥石３１との接触点Ａを基点に当該円盤状砥石３１の回転方向且つ接線方向（図では破線矢印で示した方向）に粉塵Ｄを飛散させる。本実施の形態では、制御装置６は、ロボット５（正確にはハンド１２）にグラインダ３を保持させて、グラインダ３の円盤状砥石３１によりワークＷを研削加工しつつ、発生する粉塵Ｄの飛散方向を制御する。尚、グラインダ３はディスク型又はホイル型どちらのタイプでもよい。

図３は、ロボット５を用いた研磨加工における粉塵Ｄの飛散方向を説明するための概略図である。図３に示すように、ロボット５のベース座標系原点Ｂから見たグラインダとワークとの接触点ＡまでのベクトルbXiは、式（１）で表すことができる。

bXi = bXbt + bRbt * btXg + bRg * gXi ・・・（１）
ここでbXbtは、ロボット５のベース座標系原点Ｂから見たロボット５のツール座標系原点Ｔまでのベクトルである。btXgは、ロボット５のツール座標系原点Ｔから見たグラインダ軸中心座標系原点Ｇまでのベクトルである。gXiは、グラインダ軸中心座標系原点Ｇから見たグラインダとワークとの接触点Ａまでのベクトルである。bRbtは、ロボットベース座標系から見たロボットフランジ座標系の回転行列である。bRgは、ロボットベース座標系から見たグラインダ軸中心座標系の回転行列である。式（１）の*は、行列とベクトルとの積を表している。

また、グラインダ３の円盤状砥石３１の周全体において、ワークＷとの接触は可能であるので、グラインダ軸の中心からグラインダ径方向のベクトルgaも、全周の径方向で表すことができる。

よって、粉塵の飛散方向ベクトルgdは、式（２）に示すように、グラインダとワークとの接触点Ａに向いたグラインダ軸中心からの径方向ベクトルgXi、グラインダの回転軸方向ベクトルgbの外積により求めることができる。

gd = gXi × gb ・・・（２）
式（１）（２）により、ロボット５のベース座標系から見た粉塵Ｄの飛散方向が求まる。これにより、ワークＷの形状及び加工部位に関する情報に基づいて、飛散方向が集塵装置４（吸引）による負圧方向成分を有する集塵領域Ｓに向くように、研磨時の教示点を作成し、これをロボット５に教示する（教示点が制御装置６に入力されて記憶される）。これにより、制御装置６は、ワークＷの加工部位を円盤状砥石で研磨する際に、粉塵の飛散方向が集塵領域Ｓを向くようにグラインダ３のワークに対する相対的な位置及び姿勢を制御することができる。

図４は、粉塵の飛散方向制御の一例を示す模式図である。図４に示すように、粉塵の飛散方向が集塵装置４（吸引）による負圧方向を向くための集塵方向の限界は、研磨場２０の条件により異なる。図４（ａ）は、研磨対象であるワークＷが研磨場２０内にある場合を示している。この場合は、集塵方向の限界は、集塵による負圧方向とその直角方向である。つまり、集塵領域Ｓの境界は、加工部位Ａと集塵による負圧方向に対する直角方向を含む略平面上の領域である。そこで、制御装置６は、負圧方向とその直角方向未満の方向に飛散方向を制御する。これにより、粉塵Ｄは集塵領域Ｓに飛散するので、粉塵Ｄは集塵装置４により収集される。

図４（ｂ）は、研磨対象であるワークＷが研磨場２０の外にある場合を示している。図に示すように、この場合は、集塵方向の限界は、加工部位から研磨場２０の囲い端部へ向かう方向である。つまり、集塵領域Ｓの境界は、加工部位から研磨場２０の囲い端部の周囲を結んだ略円錐状の領域である。そこで、制御装置６は、グラインダとワークとの接触点Ａを原点とし、研磨場２０の囲い端部へ向かうベクトルよりも集塵による負圧方向ベクトルに近づけるように飛散方向を制御する。これにより、粉塵Ｄは集塵領域Ｓに飛散するので、粉塵Ｄは集塵装置４により収集される。

以上に説明した構成によれば、グラインダ３をワーク保持具２に対して相対的に移動させて、円盤状砥石３１が加工位置Ａに位置するよう制御しつつ、粉塵Ｄの飛散方向が集塵領域Ｓの方向となるようにグラインダ３の位置及び姿勢を制御するので、大掛かりなエアブロー装置を用いることなく、簡単なシステム構成で効率良く粉塵を収集することができる。

また、相対移動機構５として、グラインダ３及びワーク保持具２の少なくとも一方をハンドにより保持する多関節ロボットを備え、制御装置６が、多関節ロボットを制御することにより、グラインダ３をワーク保持具２に対して相対的に移動させることで、相対移動機構５として専用機を設ける必要がなくなり、相対移動機構５の構成が簡素化される。

また、集塵装置４が、吸引装置を内部に備え、吸引装置の吸引によって負圧となる領域を集塵領域Ｓとすることにより、集塵領域Ｓに在る粉塵を確実に収集することができる。

（実施の形態２）
図５は本発明の実施の形態２に係る研磨集塵システム１ａの構成を示した概略図である。尚、実施の形態１と共通する構成については同一符号を付して説明は省略する。図５に示すように、本実施の形態の研磨集塵システム１ａは、グラインダ３を固定すると共にワークＷを保持するワーク保持具２ａを移動させることにより、グラインダ３をワーク保持具２ａに対して相対移動させる点が実施の形態１と異なる。

グラインダ３は、作業場２０内に設けられた固定具１２により固定される。ワークＷは、ロボット５のアーム１１先端に取り付けられたハンド（ワーク保持具２ａ）により保持される。ロボットコントローラ６は、ロボット５を制御することにより、グラインダ３をハンド（ワーク保持具２ａ）に対して相対的に移動させる。このような構成によっても、上記実施の形態１と同様な効果を奏することができる。

（実施の形態３）
図６は本発明の実施の形態３に係る研磨集塵システム１ｂの構成を示した概略図である。尚、実施の形態１と共通する構成については同一符号を付して説明は省略する。図５に示すように、本実施の形態の研磨集塵システム１ｂは、相対移動機構５として、ワーク保持具２ｂを回転移動又は並進移動可能なポジショナ２１を更に有し、制御装置６は、ポジショナ２１によりワーク保持具２ｂを回転移動又は並進移動させてワークＷの位置及び姿勢を制御し、ロボット５によりグラインダ３を移動させて円盤状砥石３１の位置を制御する点が実施の形態１と相違している。

このような構成によれば、相対移動機構５によりワークＷとグラインダ３の両方の動きを制御することができるので、上記実施の形態１では制御しきれない飛散方向を正確に制御することができる。

尚、上記各実施の形態では、集塵装置４は、内部に吸引装置を備え、吸引口は水平方向に開口しているが、集塵装置４は、ワークＷと円盤状砥石との接触点Ａよりも下方に配置され、且つ上方に開口を有する受け部を備え、受け部の開口内部の領域を集塵領域Ｓとしてもよい。つまり、重力方向に集塵装置４が配置されている場合は、集塵装置４に吸引機能は必要ない。これにより、吸引装置を用いることなく簡単な構成で粉塵を収集することができる。また、上記集塵装置４の配置と吸引装置を併用した場合には、より好適に粉塵を収集することができる。

（その他の実施の形態）
実施の形態１及び実施の形態２において、グラインダ３又はワークＷを移動させる移動機構として、多関節ロボットに代えて、グラインダ３又はワークＷを位置決めしながら移動させる専用機を用いてもよい。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明は、円盤状砥石を回転駆動してワークを研磨加工する研磨加工装置に用いることができる。

１ 研磨集塵システム
２ ワーク保持具
３ グラインダ
４ 集塵装置
５ ロボット
６ 制御装置
１０ 基台
１１ アーム
１２ ツール
２０ 研磨場

Claims (5)

1. ワークを保持するワーク保持具と、
   円盤状砥石を回転駆動して前記ワーク保持具に保持された前記ワークを研磨加工し、前記ワークと当該円盤状砥石との接触点を基点に当該円盤状砥石の回転方向且つ接線方向に粉塵を飛散させるグラインダと、
   集塵領域に在る粉塵を収集するように構成された集塵装置と、
   前記グラインダを前記ワーク保持具に対して相対的に移動させる相対移動機構と、
   前記相対移動機構を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記ワーク保持具に保持された前記ワークの加工部位を前記円盤状砥石で研磨する際に、前記粉塵の飛散方向が前記集塵領域を向くように前記グラインダの前記ワークに対する相対的な位置及び姿勢を制御する、研磨集塵システム。
2. 前記相対移動機構として、前記グラインダ及び前記ワーク保持具の少なくとも一方をハンドにより保持する多関節ロボットを更に備え、
   前記制御装置は、前記多関節ロボットを制御することにより、前記グラインダを前記ワーク保持具に対して相対的に移動させる、請求項１に記載の研磨集塵システム。
3. 前記相対移動機構として、前記ワーク保持具を回転移動又は並進移動可能なポジショナを更に有し、
   前記制御装置は、前記ポジショナにより前記ワーク保持具を回転移動又は並進移動させて前記ワークの位置及び姿勢を制御し、前記多関節ロボットにより前記グラインダを移動させて前記円盤状砥石の位置を制御する、請求項２に記載の研磨集塵システム。
4. 前記集塵装置は、吸引装置を備え、
   前記集塵領域は、前記吸引装置の吸引によって負圧となる領域である、請求項１乃至３のいずれかに記載の研磨集塵システム。
5. 前記集塵装置は、前記ワークと前記円盤状砥石との接触点よりも下方に配置され、且つ上方に開口を有する受け部を備え、
   前記集塵領域は、前記受け部の前記開口内部の領域である、請求項１乃至４のいずれかに記載の研磨集塵システム。

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