JPH043807B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はセンサユニツトに関するものであり、
更に詳しくは、ワーク、例えばプレス金型の切削
加工後、該プレス金型の表面に残存しているピツ
クフイードマーク（切削溝）を除去するための研
磨仕上げ加工に際し、プレス金型の表面の法線方
向と、うねり、ならびに表面粗さを測定する研磨
準備装置に関するものである。

従来の技術 自由曲面を有するワーク、例えば自動車のフエ
ンダやドア等を成形するためのプレス金型は、切
削加工によつて荒仕上げを施した後、ボールエン
ドミル等の切削工具によつてワークの表面に生じ
たピツクフイードマーク（切削溝）をヤスリ等の
手動工具を使用して取り除いている。このような
手作業によるワーク表面の研磨仕上げ加工は、作
業者の熟練度によつて寸法精度および表面の粗度
が大きな影響を受け、また長時間を要するため、
最終製品の品質向上やプレス金型のコストの低減
を図る上に多くの障害を付随せしめている。

このような問題点を解決するため、近年、研磨
仕上げ工程の自動化手段が種々研究されつつあ
る。

発明が解決しようとする問題点 このような研磨仕上げ工程の自動化方法に於い
て、ワークの寸法精度を所定の水準に維持すると
共に工程の生産性を向上させるためには、研磨用
砥石とワークとの接触状態を常時モニタリング
し、最適な研磨仕上げ条件を持続させる必要があ
る。研磨仕上げ工程の生産性を向上させるために
は、ワークに対して研磨砥石が面接触の状態に置
かれていることが望ましく、斯かる機能の付与手
段として第７図Ａに示すように、砥石自体に適度
の弾性を持たせ該砥石の弾性変形によつて面接触
状態を作り出す方法、あるいは第７図Ｂに示すよ
うに、砥石の軸線がワークの表面に対して法線を
形成するように砥石の支持姿勢を制御する方法が
採用されている。第６図Ｃに示すようにワークの
表面に対して砥石を点接触させ乍ら研磨仕上げ加
工を施すと、実質的な研磨面積が制約されている
ことに起因して研磨効率が大幅に低下する。しか
しながら、第７図Ａに見られるような砥石の弾性
変形を利用する研磨仕上げ方法に於いては、ワー
クの表面に付与される砥石の圧力が、該砥石の弾
性の不均一のために一定にならず、このためワー
クの表面形状の再現性が低下する。これに対し第
７図Ｂに示す方法では、ワークに対して砥石を常
時面接触状態に保持することが理論的には可能で
あるものの、砥石の軸線がワークの表面に対して
正確に法線方向を指向しているか否かを検出する
ことが実際問題として容易でなく、この点に実用
上の難点が認められていた。

更に、ワークの表面に鏡面仕上げを施す場合に
は、表面粗さ計を使用してワークの自由曲面上に
残存しているミクロンオーダーの凹凸を計測する
必要があるが、在来の表面粗さ計は単独で使用さ
れる場合が多く、表面粗さの計測に長時間を要す
るという不都合が認められていた。

本発明の主要な目的は、自由曲面を有するワー
クの研磨仕上げ加工に於いて問題となつていた、
ワーク表面に対する砥石の軸線方向の制御に好適
な、ワーク表面の法線方向の測定装置を提供する
ことにある。

本発明の他の主要な目的は、ワーク表面に残存
しているピツクフイードマーク（切削溝）の除去
に好適な、自由曲面上のうねりならびに表面粗さ
の測定装置を提供することにある。

本発明の更に異なれる主要な目的は、ワーク表
面の法線方向とうねりとを同時に測定することの
できる、測定精度の向上と測定時間の短縮に好適
な同時測定装置を提供することにある。

問題点を解決するための手段 斯かる目的に鑑みて本発明は、ワーク１の自由
曲面２に立てた法線の方向と、該自由曲面上に残
存しているうねりの高さを検出する第１のセンサ
装置１０と、前記自由曲面２の表面粗さを検出す
る第２のセンサ装置２０とからなるセンサユニツ
トであつて、前記第１のセンサ装置１０は、同一
円周上にその触針を整列配置してなる複数本のセ
ンサ本体３を同時に回転駆動する動力伝達装置４
と、前記法線の方向とうねりの高さを算出するエ
ンコーダ５を備えた信号処理装置１２とによつて
構成されており、また前記第２のセンサ装置２０
は、前記第１のセンサ装置を構成する複数本のセ
ンサ本体３の触針の下方にワーク１の表面粗さの
検出部位を臨ませるように流体圧シリンダ装置６
によつて前後進自在に支持された表面粗さ計７か
ら構成されており、更に前後複数本のセンサ本体
３の共通回転軸８を、前記表面粗さ計７の前後進
ストロークの方向に対して平行に配置せしめたセ
ンサユニツトを要旨とするものである。

作 用 前記第１のセンサ装置１０によつて、ワーク１
の自由曲面２上に残存しているうねりの高さと該
自由曲面に立てた法線の方向とを検出し、砥石の
回転軸の方向を前記法線の方向と一致せしめた状
態で、ワークの表面に研磨仕上げ加工を施す。更
にワーク１の表面に鏡面仕上げを施す場合には、
前記第１のセンサ装置１０と一体構造を為す第２
のセンサ装置２０によつてワーク１の自由曲面上
に残存しているミクロンオーダーの凹凸、即ち表
面粗さを計測する。

実施例 第１図は第１のセンサ装置１０の全体構造を例
示するブロツク線図であり、第２図および第３図
は第１のセンサ装置１０の細部構造を例示する正
面図および底面図である。また第４図は第２のセ
ンサ装置２０の全体構造を例示する側面図であ
る。

これらの図面に見られるように第１のセンサ装
置１０は、同一円周上にその触針を整列配置して
なる４本のセンサ本体３，３……例えばマグネス
ケールと、該センサ本体のそれぞれに接続された
低域通過フイルタ９，９……および高域通過フイ
ルタ１１，１１……、ならびにこれらのフイルタ
を通してセンサ本体３，３……から送出される法
線方向の検出信号を出力信号に変換するためのエ
ンコーダ５を備えた信号処理装置１２ならびにス
テツピングモータ１３、該ステツピングモータの
回転駆動力をベベルギヤ１４，１５を介してセン
サ本体３，３……に伝達するための動力伝達装置
４から構成されている。前記センサ本体３，３…
…は、直径Ｄなる同一円周上に触針３Ａ，３Ｂ，
３Ｃおよび３Ｄを所定の位相角を、（本実施例に
於いては90゜）維持して配置し、この状態で共通
回転軸８の周りに回転し得るように構成されてい
る。図示する実施態様に於いては、ワーク１の表
面に立てた法線の方向を、２個の触針、例えば触
針３Ａと３Ｂによつて平面（Ｘ−Ｚ）に沿う高さ
の差Ｈとして検出するため、直径Ｄなる円周上に
180゜の位相差を置いて前記触針３Ａと３Ｂを対向
配置している。また、ワーク１の表面に立てた法
線の方向を、前記平面（Ｘ−Ｚ）と直交する平面
（Ｙ−Ｚ）に沿う高さの差として検出するため、
前記触針３Ａ，３Ｂの軸心を結ぶ直線に対して直
交するように触針３Ｃと３Ｄを対向配置してい
る。

先端に触針３Ａ，３Ｂ，３Ｃおよび３Ｄを装着
した４本のセンサ本体３，３……は、回転ユニツ
ト１６に対して一定の相対位置を維持して固定さ
れ、且つ、ボールエンドミル等の切削工具によつ
てワーク１の表面に生じたピツクフイードマーク
（切削溝）の影響を軽減するため、動力伝達装置
４のベベルギヤ１４，１５を介して回転自在に支
承されており、直径Ｄなる円周上で所定角度θだ
け回転しながらワーク１の自由曲面に沿つて移動
し得るように構成されている。更に詳しく説明す
ると、センサ本体３，３……の触針をワーク１の
自由曲面に接触させた際に、該触針がピツクフイ
ードマークの凸部に当接しているか凹部に当接し
ているかによつて該センサ本体３，３……によつ
て計測される示差Ｈは変動する。しかしながら、
ピツクフイードマークにはワーク切削時のカツ
タ、例えばボールエンドミルの送りの周期性が表
れているのが普通であるから、前記触針３Ａ，３
Ｂ，３Ｃおよび３Ｄを第２図および第５図に於い
て参照符号Ｄで示す円周上で一定角度、例えば触
針３Ａに隣接配置された触針３Ｃまたは３Ｄが回
転ユニツト１６の回転により回転前に触針３Ａが
占めていた位置に到達し得るように90゜だけ時計
方向または反時計方向に回転させながらワーク１
の自由曲面２に沿つて移動させ、個々のセンサ本
体３，３……の読みを平均化することによつて、
ピツクフイードマークの影響を可及的に減少せし
めた計測条件を取得する。

ここで、第５図に見られるように、センサ本体
３，３……の４本の触針３Ａ，３Ｂ，３Ｃおよび
３Ｄがワーク１の自由曲面２に接触していると
き、直径Ｄなる円周上で対角線上に配置された２
本の触針３Ａおよび３Ｂによつて計測される平面
（Ｘ−Ｚ）方向のワーク１の自由曲面２は、ｙ＝
ｆ（ｘ）として表示される自由曲線と見倣すこと
ができる。触針３Ａ，３Ｂがｙ＝ｆ（ｘ）で表示
されるワーク１の表面に接触すると、前記触針３
Ａと３Ｂの間に示差Ｈが生じる。ここに於いて触
針３Ａと触針３Ｂとの間隔、つまり前記円の直径
Ｄが、ワーク１の自由曲面２の曲率に対して充分
に小さくなるように選定されていれば、触針３Ａ
と触針３Ｂの間の自由曲面は、ｙ＝axなる直線
と見倣すことができる。この条件が満足されるな
らば、第５図に於いて触針３Ａ，３Ｂで挟まれた
線分の勾配ａは、下記式で与えられる。

ａ＝Ｈ／Ｄ …… 一方、ある曲線が与えられたとき、該曲線上の
任意の点（x₁）に於ける法線の方向（Ｚ）は、下
記式で与えられる。

ｚ−ｆ（x₁）＝１／f′（x₁）（ｘ−x₁） …… 上記式および式から、計測点（x₁）に於け
る平面（Ｘ−Ｚ）に於ける法線（Ｚ）の方向は Ｚ＝−１／ａｘ＋（１／ａ＋ａ）x₁ …… として算出することができる。

第６図はセンサ本体３，３……の示差が、回転
ユニツト１６の回転角θと共に変化する状態を触
針３Ａおよび３Ｂの移動軌跡と関連付けて表示し
た直交座標線図である。第６図に於いて共通回転
軸８を回転中心とする回転ユニツト１６の回転角
がθ／２であるときのセンサ本体３，３……の計
測値を読み取ると、該読み取り値が法線Ｚまたは
Ｙの方向を計算するのに必要な第１のセンサ装置
１０の指示値となる。しかしながら、回転ユニツ
ト１６の回転角がθ／２である計測点には、前記
ピツクフイードマークに起因する脈動が重疊して
いる。従つて、正確な指示値を読み取るためには
脈動の影響を排除する必要がある。このようなノ
イズの除去方法としては数値処理的な移動平均法
や電気的なフイルタを用いる方法が知られてお
り、本発明の実施に際しては上記のノイズ除去方
法から適宜選択して使用することができる。本発
明装置に於いては電気的なノイズ除去手段とし
て、第１図に見られるような高域遮断フイルタ、
つまり低域通過フイルタ９を個々のセンサ本体３
に対して１個づつ直列接続することによつて脈動
除去回路を形成している。このようにして、低域
通過フイルタ９を介して触針３Ａと触針３Ｂの指
示値の差｜３Ａ−３Ｂ｜、ならびに触針３Ｃと触
針３Ｄの指示値の差｜３Ｃ−３Ｄ｜、つまり式
に於けるＨの値を絶対値として読み取ることによ
つて、エンコーダ５を具えた信号処理装置１２に
於いてピツクフイードマークの影響を取り除いた
条件下で計測点（x₁）に於ける法線の方向を算出
することができる。

このようにして算出された法線の方向（Ｙ）お
よび（Ｚ）に基づいて、多関節ロボツト（図示省
略）の砥石回転軸の方向を補正し、砥石の軸線方
向を前記法線（Ｙ）および（Ｚ）の方向と一致せ
しめた状態を作り出す。斯くして、砥石の軸線を
ワーク１の自由曲面に立てた法線と一致せしめた
理想的な研磨仕上げ条件が取得される。

一方、上記４本の触針３Ａ，３Ｂ，３Ｃおよび
３Ｄがピツクフイードマークの影響を受けるとい
う性質を利用して法線の方向と共にワーク１の自
由曲面２のうねりを測定することも可能である。
即ち、前記法線の方向の算出に際してはノイズと
して取り除いていたピツクフイードマークに起因
するうねり信号３ａ，３ｂを、ワーク１の表面の
うねりの大きさを表示する計測値として利用す
る。この場合には、前記計測点（x₁）に於ける法
線の方向を算出するための自由曲面の勾配信号｜
３Ａ−３Ｂ｜および｜３Ｃ−３Ｄ｜は不要である
から第１図に示す検出値の伝達経路を低域通過フ
イルタ９側から高域通過フイルタ１１側に切換
え、ピツクフイードマークに相当する高周波成分
のみを前記信号処理装置１２に送出する。

斯くして第１のセンサ装置１０を使用すること
によつて、ワーク１の自由曲面２に立てた法線に
対して砥石の軸線の方向を一致せしめた効率的な
研磨仕上げ条件が常時確保され、更にワーク１の
表面に残存しているピツクフイードマークも同時
に除去される。

尚、上記の説明に於いては、先端に触針を備え
た接触形のセンサが使用されているが、代替手段
として無接点近接スイツチやエヤマイクロメータ
あるいはフオトダイオード等の非接触形センサを
使用することも可能である。

これに対し第２のセンサ装置２０は、前記第１
のセンサ装置１０を構成する複数本のセンサ本体
３，３……の触針３Ａ，３Ｂ，３Ｃおよび３Ｄの
下方にワーク１の自由曲面２の粗さの検出部位１
７を臨ませるように、流体圧シリンダ装置６、例
えばエアシリンダ装置によつて前後進自在に支持
された表面粗さ計７、例えば静電容量式の表面粗
さ測定器によつて構成されている。第１のセンサ
装置１０と第２のセンサ装置２０は、公知の適当
な接合手段を介して一体構造に接合されている
が、第１のセンサ装置１０を構成する複数本のセ
ンサ本体３，３…の共通回転軸８は、触針３Ａ，
３Ｂ，３Ｃおよび３Ｄと表面粗さの検出部位１７
との間に所定のふり込み量（高さの差）を維持す
るために、第２のセンサ装置２０を構成する表面
粗さ計７の前後進ストロークの方向に対して平行
に配置されている。

第１のセンサ装置１０と第２のセンサ装置２０
からなるセンサユニツトは、図示しないチヤツク
を介してワークの加工ステーシヨンに配設された
多関節ロボツトに着脱自在に装着され、前記の測
定要領に従つて必要な検出動作を実行する。

発明の効果 以上の説明から理解し得る如く、本発明装置を
使用することによつてワークの自由曲面に立てた
法線の方向と、該自由曲面上に残存しているピツ
クフイードマークに起因するうねりの高さを同時
に計測することができる。従つて、これらの測定
値に基づいて砥石を軸支した多関節ロボツトの研
磨姿勢、より具体的には、ワークの自由曲面に対
する砥石回転軸の方向を補正することによつて、
砥石の回転軸を常にワークの自由曲面に対して法
線方向に指向せしめた効率的な研磨仕上げ条件を
持続することができる。斯くして、本発明によれ
ば、全自動的な態様で迅速、且つ、正確に研磨仕
上げ加工が実施されるから、従来プレス金型等の
研磨仕上げ工程で問題となつていた砥石の回転軸
の方向制御の困難性が全面的に排除される。また
本発明装置を使用することによつて、熟練作業員
による手作業的な研磨仕上げ加工を省略すること
ができるから、プレス金型の製造コストの低減に
対しても注目すべき効果が発揮される。

更に本発明に於いては、ワークの自由曲面に立
てた法線の方向とうねりを測定するための第１の
センサ装置とワークの表面粗さを測定するための
第２のセンサ装置とが一体構造に連設されている
から、これらのセンサ装置を選択的に使用するこ
とによつて、平滑仕上げおよび鏡面仕上げに必要
なワークの自由曲面の特性を迅速且つ正確に検出
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１のセンサ装置の全体構造を例示す
るブロツク線図であり、第２図および第３図は第
１のセンサ装置の細部構造を例示する正面図およ
び底面図である。また第４図は第２のセンサ装置
の全体構造を例示する側面図である。第５図は第
１のセンサ装置の操作要領を説明する直交座標線
図であり、第６図はセンサの示差と回転ユニツト
の回転角との関係を説明する直交座標線図であ
る。また第７図は、在来のワーク自由曲面の研磨
手段の説明図である。 １……ワーク、２……ワークの自由曲面、３…
…センサ本体、４……動力伝達装置、５……エン
コーダ、６……流体圧シリンダ装置、７……表面
粗さ計、８……センサ本体の共通回転軸、１０…
…第１のセンサ装置、２０……第２のセンサ装
置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ワークの自由曲面に立てた法線の方向と、該
   自由曲面上に残存しているうねりの高さを検出す
   る第１のセンサ装置と、前記自由曲面の表面粗さ
   を検出する第２のセンサ装置とからなるセンサユ
   ニツトであつて、前記第１のセンサ装置は、同一
   円周上にその触針を整列配置してなる複数本のセ
   ンサ本体と、該複数本のセンサ本体を同時に回転
   駆動する動力伝達装置と、前記法線の方向とうね
   りの高さを算出するエンコーダを備えた信号処理
   装置とによつて構成されており、また前記第２の
   センサ装置は、前記第１のセンサ装置を構成する
   複数本のセンサ本体の触針の下方にワークの表面
   粗さの検出部位を臨ませるように流体圧シリンダ
   装置によつて前後進自在に支持された表面粗さ計
   から構成されており、更に前記複数本のセンサ本
   体の共通回転軸を、前記表面粗さ計の前後進スト
   ロークの方向に対して平行に配置せしめたことを
   特徴とするセンサユニツト。