JPH1158201A - 力制御による曲面研磨装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 研磨ヘッドの空振り、押し付け過ぎを防止す
ることができるとともに、曲面研磨の研磨遅れを防止す
ることができる自動研磨装置を提供する。 【解決手段】 自動研磨装置は、加工対象物を押圧する
第１のローラ２１と、この第１のローラの後方に設けら
れた第２のローラ２３と、これら第１のローラ２１と第
２のローラ２３とに巻き掛けられ回転駆動される研磨ベ
ルト２５とを有する研磨ヘッド１７を備えており、第１
のローラ２１を研磨ベルト２５を介して３次元曲面を有
する加工対象物４５に押しつけて加工対象物を研磨する
ようになっている。この自動研磨装置は、研磨ヘッド１
７の長手方向が加工対象物４５表面の法線方向に沿う方
向に向けられるとともに、第１のローラ２１の母線が研
磨する進行方向に垂直になるように、研磨ヘッド１７の
姿勢を制御するヘッド姿勢制御装置５０が設けられ、研
磨中の第１のローラ２１の加工対象物４５に対する押し
つけ力が一定になるように研磨ヘッド１７を加工対象物
４５に向かって進退させる押しつけ力維持装置６０が設
けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は曲面形状の加工対象
物を研磨する際に使用する力制御による曲面研磨装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】曲面の研磨加工においては、砥石や研磨
ベルトが損傷しないよう、また研磨焼けが生じないよ
う、手作業で研磨ヘッドを曲面形状の加工対象物に対し
て概略一定圧になるよう押し付けるようにしている。曲
面の研磨加工を機械化する一つの方法としては、曲面形
状の加工位置・加工姿勢・経路のティーチングを行い、
研磨ベルトがティーチングされた軌跡を描き曲面を研磨
する方法がある。他の方法としては、オフラインティー
チングによる方法があり、加工対象物の設計形状値を基
に研磨ヘッドが曲面形状を倣うような研磨プログラムを
作成し、研磨プログラムにより研磨ヘッドの位置を制御
し研磨加工を行うものである。また、研磨ヘッドを加工
対象物に概略一定圧に押し付ける方法としては、多軸の
力センサを用いる方法があり、各々の軸の力を検出して
研磨ヘッドの位置の補正量を演算し、演算した位置補正
量を装置にフィードバックして研磨ヘッドの押し付け力
を制御している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】曲面形状の加工位置・
加工姿勢・経路のティーチングで曲面の研磨加工を行う
方法は、ティーチングに時間がかかってしまう欠点があ
る。またオフラインティーチングで曲面の研磨加工を行
う方法では、研磨プログラムにより研磨ヘッドが曲面形
状の加工位置・加工姿勢・経路が決まるため、ティーチ
ングは不必要になり、ティーチング時間が削減できる利
点がある。しかしながら、加工対象物の設計形状値と機
械加工後の研磨加工対象物とでは、加工誤差や位置決め
による誤差等により形状が異なる要素があるため、研磨
プログラムで研磨加工を行う方法では研磨加工中に研磨
ヘッドの空振り・押し付け過ぎが生じ、正常に研磨加工
できない状況が発生する。この研磨ヘッドの空振り・押
し付け過ぎを解消するための方策として一般に多軸の力
センサを使用する方法が知られているが、多軸のため押
し付け力の演算に時間がかかり、演算した押し付け力の
位置と現在研磨中の位置との間にタイムラグが生じ、正
しい形状に研磨加工ができなくなるという課題を有して
いた。

【０００４】本発明はこのような点を考慮してなされた
ものであり、研磨ヘッドの空振り、押し付け過ぎを防止
することができるとともに、曲面研磨の研磨遅れを防止
することができる自動研磨装置を提供することを目的と
している。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の特徴は、
加工対象物を押圧する第１のローラと、この第１のロー
ラの後方に設けられた第２のローラと、これら第１のロ
ーラと第２のローラとに巻き掛けられ回転駆動される研
磨ベルトとを有する研磨ヘッドを備え、前記第１のロー
ラを前記研磨ベルトを介して３次元曲面を有する前記加
工対象物に押しつけて加工対象物を研磨する曲面研磨装
置において、前記研磨ヘッドの長手方向が前記加工対象
物表面の法線方向に沿う方向に向けられるとともに、前
記第１のローラの母線が研磨する進行方向に垂直になる
ように、前記研磨ヘッドの姿勢を制御するヘッド姿勢制
御装置と、研磨中の前記第１のローラの前記加工対象物
に対する押しつけ力が一定になるように前記研磨ヘッド
を前記加工対象物に向かって進退させる押しつけ力維持
装置とを備えた力制御による曲面研磨装置である。

【０００６】本発明の第２の特徴は、前記押しつけ力維
持装置は、研磨中の前記研磨ヘッドの前記加工対象物へ
の押しつけ力を検出する押しつけ力検出器を有すること
である。

【０００７】本発明の第３の特徴は、前記研磨ヘッドの
加工対象物への押し付け力は、前記加工対象物の法線方
向に動作する一軸の力検出機構によって検出し、この検
出値を基に力制御を行うことである。

【０００８】本発明の第４の特徴は、前記研磨ヘッド
は、それぞれ独立した荒研磨用ヘッドと仕上研磨用ヘッ
ドとを有することである。

【０００９】本発明の第５の特徴は、加工対象物の温度
を検知し、その温度が研磨焼けを生じない程度の温度に
なるようにベルトの回転数を制御するベルト回転数制御
装置を具備したことである。

【００１０】本発明の第６の特徴は、加工対象物を押圧
する第１のローラと、この第１のローラの後方に設けら
れた第２のローラと、これら第１のローラと第２のロー
ラとに巻き掛けられ回転駆動される研磨ベルトとを有す
る研磨ヘッドを用い、前記研磨ヘッドの長手方向が前記
加工対象物表面の法線方向に沿う方向に向けられるとと
もに、前記第１のローラの母線が研磨する進行方向に垂
直になるように、前記研磨ヘッドの姿勢を維持しつつ、
かつ研磨中の前記第１のローラの前記加工対象物に対す
る押しつけ力が一定になるようにして前記第１のローラ
を前記研磨ベルトを介して３次元曲面を有する前記加工
対象物に押しつけて加工対象物を研磨する曲面研磨方法
において、前記加工対象物に対して前記研磨ヘッドを往
復の送り運動させ、加工対象物の研磨代が多く重研磨と
なる場合や、研磨代にばらつきがある場合に生じ易い曲
面研磨の研磨遅れを防止することを特徴とする力制御に
よる曲面研磨方法である。

【００１１】本発明の第１，２，３の特徴によれば、加
工対象物が設計値と異なり、研磨ヘッドの空振り・押し
付け過ぎが生じるような場合でも、加工対象物の法線方
向に動作する一軸の力検出機構で研磨ヘッドの押し付け
力を検出し、研磨ヘッドの押し付け力が一定になるよう
位置補正量を演算し研磨ヘッドの位置を補正することが
できる。従って、研磨ヘッドの空振り、押し付け過ぎを
防止することができる。

【００１２】本発明の第４の特徴によれば、荒研磨後に
仕上げ研磨を行う場合、研磨ヘッドの交換のための段取
り時間を短縮することができ、従って作業能率を向上さ
せることができる。

【００１３】本発明の第５の特徴によれば、温度検出機
構により加工対象物の加工中の温度検出を行い、研磨焼
けが生じる温度に達する前に研磨ベルトの回転速度を低
くすることができるから、加工対象物の研磨焼けを防止
することができる。

【００１４】本発明の第６の特徴によれば、重研磨を行
う加工対象物で研磨遅れが生じてしまうような場合にお
いても、往復２方向の研磨によって研磨遅れを防止する
ことができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図１ないし図３を参照しつつ説明する。図１は本発
明に係る自動研磨装置をタービン羽根の加工に適用した
例を示す。この図において、符号１は研磨装置のベース
を示す。このベース１には、Ｘ軸方向に配設された水平
ベッド３が設けられている。この水平ベッド３には、こ
の水平ベッド３に沿って移動可能な荒研磨装置５と仕上
げ研磨装置７が設けられている。荒研磨装置５は、前記
水平ベッド３上に載置された研磨ヘッド台９を有してい
る。この研磨ヘッド台９には、前記ベッド３に直交し、
後述する加工対象物に離接するＹ軸方向に移動可能なタ
ーンテーブル基部１１が設けられている。このターンテ
ーブル基部１１には、垂直なＺ軸回りに回転可能なター
ンテーブル１３が設けられている。このターンテーブル
１３には、この上に載置された研磨ヘッドを加工対象物
に押圧する力制御装置１５が設けられている。この力制
御装置１５上には、荒研磨ヘッド１７が設けられてい
る。この荒研磨ヘッド１７は研磨ヘッド本体１９が設け
れられている。この研磨ヘッド本体１９の加工対象物側
には第１のローラ２１が、この第１のローラ２１の後方
には第２のローラ２３が設けられている。そして、これ
ら第１及び第２のローラ２１，２３には、研磨ベルト２
５が巻き掛けられており、第２ローラ２３に設けられた
モータ２７によって駆動されるようになっている。この
研磨ヘッド本体１９の中央部には、この荒研磨ヘッド１
７に加わる力を検出する力検出器２９が設けられてい
る。また、研磨ヘッド本体１９の先端部で第１のローラ
２１の近傍には、加工対象物の温度を測定する温度検出
器３１が設けられている。

【００１６】ベッド３の他方の側に載置された仕上げ研
磨装置７も、同様の構成になっている。そして、荒研磨
時には粒度の粗い研磨ベルトが装着されている荒研磨ヘ
ッド１７で研削し、仕上げ研磨時は、粒土の細かい研磨
ベルトが装着されたいる仕上げ研磨ヘッド３３で研削さ
れる。

【００１７】ベース１の前記水平ベッド３の向かい側に
は、垂直に直立した直立したベッド４１が設けられてい
る。この直立ベッド４１には、加工対象物保持台４３が
設けられている。この加工対象物保持台４３は、前記直
立ベッド４１に沿って上下方向に移動可能になされてい
る。また、この加工対象物保持台４３は、図示しない機
構によって、前記水平ベッド３に垂直でかつ水平方向に
なされたＹ軸回りに回転可能になされるとともに、前記
水平ベッド３に垂直でかつ水平方向になされたＹ軸回り
に回転可能になされている。加工対象物保持台４３に
は、研磨されるタービンブレード４５が固定されてい
る。

【００１８】このような構成において、加工対象物であ
るタービンブレード４５に対する研磨ベルト２５の位置
及び角度は、以下のように設定される。まず、Ｘ軸方向
の相対位置は、ベッド３と研磨ヘッド台９との間の移動
により、Ｙ軸方向の相対位置は、研磨ヘッド台９上のタ
ーンテーブル基部１１の移動により、Ｚ軸方向の相対位
置は、直立ベッド４１上での加工対象物保持台４３の上
下動により決定される。一方、Ｚ軸回りの回転位置は、
ターンテーブル基部１１に対するターンテーブル１３の
回転によって、Ｘ軸、Ｙ軸回りの回転位置は、直立ベッ
ド４１に対して加工対象物保持台４３を回転せることに
よって決定される。このような機構によって、荒研磨ヘ
ッド１７の第１のローラ２１をタービンブレード４５の
被研磨形状に合わせ、研磨ベルト２５を回転させること
によって研磨作業を行う。

【００１９】図２は、研磨装置の制御ブロック図であ
る。以下この図を参照しつつ自動研磨装置の作用につい
て説明する。符号５０は、ヘッド姿勢制御装置を示す。
このヘッド姿勢制御装置５０は、形状データ５１を有し
ている。この形状データ５１は、タービンブレード４５
の表面形状に関するものである。この形状データ５１に
基づき、次の研磨プログラム作成部５３で、タービンブ
レード４５についての研磨プログラムが作成される。こ
の研磨プログラムは、次の自動制御部５５へ送られる。
ここで、研磨プログラムを基に、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｘ
軸回り、Ｙ軸回り、Ｚ軸回りの６軸それぞれのモータへ
供給される駆動出力が作られ出力される。６軸それぞれ
のモータ５７では、これらの出力によりモータが駆動さ
れる。このようにして、荒研磨ヘッド１７を加工対象物
４５の表面の法線方向に姿勢制御するとともに、さらに
研磨する進行方向に対して第１のローラ２１の母線が垂
直になるように姿勢制御する。

【００２０】また、図１及び図２において、符号６０
は、押し付け力維持装置を示す。この押し付け力維持装
置６０は、押し付け力検出器６１を有している。この押
し付け力検出器６１は、荒研磨ヘッド１７の加工対象物
に対する押圧力を検出するものである。ここで検出され
た押圧力は、補正量演算部６３へ送られる。この補正量
演算部６３は、検出された押圧力と目標押圧力との差を
求め、この差の押圧力を生じさせる研磨ヘッドの必要移
動量を算出する。ここで算出された必要移動量は力制御
軸制御部６５へ送られる。この力制御軸制御部６５は、
この必要移動量に基づき力制御モータ６７を駆動し、研
磨ヘッドを所定の押圧力で加工対象物に押圧する。この
ようにして、研磨ヘッドを加工対象物へ所定の押圧力で
押圧し、研磨ヘッドの空振り、押し付け過ぎを防止す
る。

【００２１】また、図１及び図２におて、符号７０は、
ベルト回転数制御装置を示す。このベルト回転数制御装
置７０は、温度検出器７１を有している。この温度検出
器７１は、研磨対象物の温度を測定するものである。こ
こで検出された温度は、補正量演算部７３へ送られる。
この補正量演算部７３は、検出された温度と許容温度と
の差を求め、この差を解消させるのに必要な研磨ベルト
の回転数を算出する。ここで算出された回転数は、研磨
ベルト制御部７５へ送られる。この研磨ベルト制御部７
５は、算出された回転数で研磨ベルトモータ２７を制御
し、研磨対象物の温度を所定の許容範囲内に抑える。こ
のようにして、研磨対象物の研磨焼けを防止する。

【００２２】図３は、重研磨等で研磨遅れが生じた場合
の研磨方法を示す。この図において、符号１７は、荒研
磨ヘッドを示す。この荒研磨ヘッド１７は、力制御によ
って加工対象物４５に対して進退する矢印８１の方向に
動作し、加工対象物の曲面上を矢印８３の方向に研磨す
る。ここで、加工対象物４５の曲面の変化が大きい場
合、矢印８１の方向の力制御が対応できず、曲面の山８
５の進行方向側に研磨遅れ８７が発生する。また、逆に
矢印８９の方向に研磨を行い、加工対象物４５の曲面の
変化が大きい場合は、同様に曲面の山８５の進行方向側
に研磨遅れ９１が発生する。そこで、これらの研磨遅れ
８７、９１を除去するため、矢印９３、９５で示す２方
向で研磨し、一方向で発生する研磨遅れをもう一方向の
研磨で除去する方法で研磨する。このようにすることに
より、加工対象物の曲面を研磨遅れを生じること無く均
一に研磨することができる。

【００２３】以上説明したように、本願発明に係る自動
研磨装置にあっては、荒研磨ヘッド１７を加工対象物４
５表面の法線方向に姿勢制御するとともに、さらに研磨
する進行方向に対して第１のローラ２１の母線が垂直に
なるように姿勢制御しているので、加工対象物の表面形
状に対応した研磨作業を行うことができる。

【００２４】また、この自動研磨装置にあっては、研磨
中の第１のローラ２１の加工対象物４５に対する押し付
け力が一定になるように荒研磨ヘッド１７を加工対象物
４５に向かって進退させる押し付け力維持装置６０が設
けられている。従って、設計形状データ５１をもとに研
磨プログラム作成部５３で作成されるタービン羽根４５
の研磨プログラムと実際のタービン羽根４５の形状が異
なっていた場合、タービン羽根４５に対して荒研磨ヘッ
ド１７の空振り・押し付け過ぎが生じるはずであるが、
力検出器６１で変化した荒研磨ヘッド１７の押し付け力
を検出し、補正量演算部６３で補正量を演算し、力制御
軸制御部６５で力制御軸モータを動作させるようにして
いるから、研磨ヘッドの空振り・押し付け過ぎを修正す
ることができ、一定圧の研磨作業を行うことができる。

【００２５】さらに、加工対象物４５の温度を検知し、
その温度が研磨焼けを生じない程度の温度になるように
ベルトの回転数を制御するベルト回転数制御装置７０を
具備しているから、温度検出器７１によりリアルタイム
に加工点付近の温度を監視し、研磨焼けが生じる温度に
達する以前に補正量演算部７３により研磨ベルトモータ
２７の回転数を演算し、研磨ベルト制御部７５を経て研
磨ベルト２５の回転数を制御し、タービン羽根の研磨焼
けを防止することができる。

【００２６】また、重研磨を行う加工対象物において研
磨遅れ８７，９１を生じてしまうような場合において
も、往復２方向９３，９５の研磨によって研磨遅れを防
止するこができる。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、研磨ヘッドの長手方向
が加工対象物の法線方向に沿う方向に向けられるととも
に、第１のローラの母線が研磨する進行方向に垂直にな
るように、研磨ヘッドの姿勢を制御するヘッド姿勢制御
装置と、研磨中の第１のローラの加工対象物に対する押
しつけ力が一定になるように研磨ヘッドを前記加工対象
物に向かって進退させる押しつけ力維持装置とを有して
いるから、研磨ヘッドを加工対象物へ所定の押圧力で押
圧することができ、従って研磨ヘッドの空振り、押し付
け過ぎを防止することができる。また、加工対象物に対
して研磨ヘッドに往復の送り運動させるようにしている
ので、加工対象物の研磨代が多く重研磨となる場合や、
研磨代にばらつきがある場合に生じ易い曲面研磨の研磨
遅れを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る自動研磨装置の構成を示す斜視図
である。

【図２】図１に示す自動研磨装置の制御を示すブロック
図である。

【図３】図１に示す自動研磨装置において、研磨遅れを
防止する方法を示す図である。

【符号の説明】

１７ 荒研磨ヘッド ２１ 第１のローラ ２３ 第２のローラ ２５ 研磨ベルト ３３ 仕上げ研磨ヘッド ４５ タービンブレード ５０ ヘッド姿勢制御装置 ６０ 押し付け力維持装置 ６１ 押し付け力検出器 ７０ ベルト回転数制御装置 ８７，９１ 研磨遅れ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｇ０５Ｄ 15/01 Ｇ０５Ｂ 19/18 Ｃ Ｓ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加工対象物を押圧する第１のローラと、こ
   の第１のローラの後方に設けられた第２のローラと、こ
   れら第１のローラと第２のローラとに巻き掛けられ回転
   駆動される研磨ベルトとを有する研磨ヘッドを備え、前
   記第１のローラを前記研磨ベルトを介して３次元曲面を
   有する前記加工対象物に押しつけて加工対象物を研磨す
   る曲面研磨装置において、 前記研磨ヘッドの長手方向が前記加工対象物表面の法線
   方向に沿う方向に向けられるとともに、前記第１のロー
   ラの母線が研磨する進行方向に垂直になるように、前記
   研磨ヘッドの姿勢を制御するヘッド姿勢制御装置と、 研磨中の前記第１のローラの前記加工対象物に対する押
   しつけ力が一定になるように前記研磨ヘッドを前記加工
   対象物に向かって進退させる押しつけ力維持装置と、を
   備えた力制御による曲面研磨装置。
2. 【請求項２】前記押しつけ力維持装置は、研磨中の前記
   研磨ヘッドの前記加工対象物への押しつけ力を検出する
   押しつけ力検出器を有することを特徴とする力制御によ
   る曲面研磨装置。
3. 【請求項３】前記研磨ヘッドの加工対象物への押し付け
   力は、前記加工対象物の法線方向に動作する一軸の力検
   出機構によって検出し、この検出値を基に力制御を行う
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の力制御による曲
   面研磨装置。
4. 【請求項４】前記研磨ヘッドは、それぞれ独立した荒研
   磨用ヘッドと仕上研磨用ヘッドとを有することを特徴と
   する請求項１ないし３記載の力制御による曲面研磨装
   置。
5. 【請求項５】加工対象物の温度を検知し、その温度が研
   磨焼けを生じない程度の温度になるようにベルトの回転
   数を制御するベルト回転数制御装置を具備したことを特
   徴とする請求項３記載の力制御による曲面研磨装置。
6. 【請求項６】加工対象物を押圧する第１のローラと、こ
   の第１のローラの後方に設けられた第２のローラと、こ
   れら第１のローラと第２のローラとに巻き掛けられ回転
   駆動される研磨ベルトとを有する研磨ヘッドを用い、前
   記研磨ヘッドの長手方向が前記加工対象物の法線方向に
   沿う方向に向けられるとともに、前記第１のローラの母
   線が研磨する進行方向に垂直になるように、前記研磨ヘ
   ッドの姿勢を維持しつつ、かつ研磨中の前記第１のロー
   ラの前記加工対象物に対する押しつけ力が一定になるよ
   うにして前記第１のローラを前記研磨ベルトを介して３
   次元曲面を有する前記加工対象物に押しつけて加工対象
   物を研磨する曲面研磨方法において、 前記加工対象物に対して前記研磨ヘッドを往復の送り運
   動させ、加工対象物の研磨代が多く重研磨となる場合
   や、研磨代にばらつきがある場合に生じ易い曲面研磨の
   研磨遅れを防止することを特徴とする力制御による曲面
   研磨方法。