JPS58129311A - 曲面倣い作業装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、例えば水車うｙすやぽンプインペラ等の大物
製品（おける自由曲面の計測作業或は研削作業等の自動
化を行ない得るようにした曲面倣い作業ｉｉ鐙に関すゐ
。

〔発明の技術的景背およびその問題点〕一般に、水軍ラ
ンナや４ンプインペラのようにワーク表面が自由曲面を
呈する大物製品ＫｓＰいては、そのワーク表面上の法一
方向と位置が連続的に三次元に変化するため、そのワー
ク表面の計測ＩＩｌは研削作業１に礪械化・自動化す石
には、設計から出て来る最終形状を基に大杉針算鳴で各
々の法線方向と位置を計算するとともに、そのＷｔ来を
実現する徴雑な礪購とその制御装置が必要であシ、膨大
な費用と高層な技術が要求される。

そこで、従来上記水車ランナやポンプインペラ等の如き
大物製品における自由曲面の計測作業や研削作業等は、
多数の熟練作業者による手作業によって行なわれていた
。すなわち、上記自由曲面の計測作業においては、設計
から出て来る最終形状を基に計測断面に添ったゲージを
作成し、対象ワーク（その計測断面に會わせてゲージを
蟲てて、そのゲージとワーク間の隙間を等ぜツチでワー
クに倣いながら作業者自身によって測定していた。

重た、研削作業においては、ハンドダラインダ等を手に
持ち過当な押付力と送り迷電でワークに倣いながら少し
づつ研削していた。

したがって、このような作業には高度の技術を有する熟
練者が必要となぁ、すなわち、上記計測作業に訃いては
、計測姿勢が良く視力があるとともに熟練接衝をもち、
単調な作業に耐え得る人が要求され、ｔた研削作業にお
−ては、粉塵、騒音、多動等の悪環境下で重労働で単一
な作１１に耐え、かつ熟練した技術をもった人が要求さ
れる。

しかしながら、最近特に上述の如き要望Ｋかなった技術
労働者の維持確保が非常に困難であり。

上述の如き作業を機械的にかつ自動的に行ない得るとと
もに、安価で機構が簡単な鋲着が要望されていた。

〔発明の目的〕

本発明にこのような点に鑑み、従来手作業によっていた
自由１！１面の計測作業或は研削作業等の機棚化・自動
化を可能とするとともに、安価でかつ操作が簡単な曲面
倣い作業装置を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発ｆｇは、先端にｌ−ル軸受を設けるとともに途中に
接触検出器を設けた同一長さの３本の支持足からなり、
その各支持足の基趨部或はその抵長線を一点に集めてそ
の一点を頂点とし、先端のｌ−ル軸受中心間を等間隔に
保持せしめて上記ダール軸受中心間を結んでできる正三
角形を底面とする直角三角錐状の三点支持部と、互いに
直交する２つの軸線オわりに上記三点支持部を揺動自在
に軸支する揺動部と、三角錐状部の頂点を通りかつ上記
両軸線の少なくとも一方の軸１１Ｋ［交する軸線方向に
前記揺動部を移動可能に支持する伸縮部と、瞬記三角錐
状部の頂点を通りその底面に直交する線上に配設され、
前記三点支持部に固定された作業磯臭とを有することを
１＃黴とする。

〔発明の冥施例〕

以下、添付図面を参照して本発明をその一１！施偶につ
いて説明する。

第１図は本発明の曲面倣い作業装置の概略系統図であっ
て、ｏｌットアーム先ＳまたはＮＣ１工作機主軸ヘッド
部ｌ（以下ヘッド！ＩＳ１という）Ｋ。

そのヘラＰ部ｌに直交する矢印α方向く伸縮自在な伸縮
部ｌＯの一端が固着されている。この伸縮部ＩＯの先端
には上記伸縮部ｌＯの伸縮方向αＫ［交する矢印！方向
およびｒ方向とにそれぞれ揺動自在で、かつ両揺動軸線
が一点Ｏで交差するように購成した揺動部（資）が固定
され、さらにこの揺動部（資）の上記一点Ｏ部に先端が
対象ワーク表１１ｒ８に三点Ａ　、Ｂ　、Ｃにて接触す
る三点支持ｗ６５０が堆り付けられている。

すなわち、ヘラｒｍｌの完膚下面には、１１１２図およ
び＠３図に示すように、取付板１１を介してクリン／１
２が会着されており、その／リンダ１２内には上記ヘラ
ｒ部ＩＫ対して直交する方向に移動可能でかつスプリン
グ１３によって一方に附勢されたピストン１４が内蔵せ
しめられている。上記／リンダ丘内命面にはその縦軸方
向に延びる溝１５が形成されてお抄、その牌１５に前記
ピストン１４から突設されたビン１６が係合され、ピス
トン１４が７リンダ１２の軸一方向（矢印α）のみに移
動可能としである。ところで、上記ピストン１４に固着
された上部ピストンロッド１７に前記取付板１１および
ヘッド部Ｉｔ−貫通して上方に延びて訃り、その１１面
にはラック１８が設けられ、前記取付板１１上に支持台
１９１介して支承されたＩテン７ヨメータｍによって回
転駆動されるビニオン４が上記ラック１８に噛合せしめ
られている。また、ピストン１４に装着され／リン／１
２の１壁を貫通する下部ビス）ｙロッドρの先膚には！
ＩＩ続板るが固着されている。

また、上記接続板器に錯着された取付板３１には、前記
ビスイン１４の接動方向αに直交する第１の軸線を膚す
る第１の軸βが軸受ア、３３によって軸支されてシリ、
この第１０軸３２は一軍讃、３５を介してポテンＶ″！
メータあに連■され、その４予ンシヨメータ圀によって
＠１の軸（の軸ｌｌまわりの回転方向（矢印β方向）の
回転角度を検出し得るようＫＩ１１成されている。上記
第１の軸３２は、ＩＲ４図に示すように、その中間部が
口字状に屈曲せしめられており、その屈曲部３２１内に
上記第１の軸（の軸線と直交する１１１２の軸線を有す
る嘱２の軸ごが軸受３８，３Ｂによって軸！され、さら
に上記１４１０軸冨および＠２の軸ｑｆ）両軸線、並び
に前記ピストン１４０萼動軸ｉＩバ一点０で交差するよ
うに配設されている。また、上記第２の軸３７％ｆｌｌ
ｌＫ３９．　　　、鎚を介してポテン７目メータ４１に
連結されてシリ（第８＠ｌ）、このＩテンＶｉｌメータ
４１によって第２の軸ηの軸Ｍまわりの回転方向（矢印
ｒ方向）の回転角質を検出することができる。

ところで、上記第２の軸訂には前記第１の軸支の軸線と
の交４である点０部に、３方向に突出し三点支持部ｚｔ
構成する３本の支持部５１ｍ　、５１ｂ　。

５１ｅの基端が固着されている（ｗ４６図、第７図）。

上記３本の支持部５１ｍ　、５１ｂ　、５１ｅ　Ｔｉそ
れぞれその完備に回転自在なｌ−ル軸受５２＆　、５２
ｂ　、５２ｅを有し、途中に上記ゲール軸受５２ｍ　、
５２ｂ　、５２ｅが対象ワーク表ｒＹＪ８にそれぞれ接
触したときその接触を検出する接触検出器５３ｍ　、５
３ｂ　、５３ｅがそれぞれ設けられた同一長さを有し、
各支持部５１ｍ　、５１ｂ　、５１ｃはその中間ｍｔ−
支持板５４によって互いに連葡固定され直角三角錐状に
形成されている。上動支持板５４は、前記ゴール軸受５
２ｍ、５２ｂ、５２ｅがそれぞれ対象ワーク表面Ｓと接
触する３点Ａ、Ｂ、Ｃで囲まれた三角形平面（［角三角
錐状部の！Ｅ面）に平行に設けられており、さらに上記
三角形平面の中心Ｇから垂直に延びる中心＃Ｈが前記一
点０と交差するとともに、前記第２の軸ｒに直交するよ
うに形成されている。

一方、上記支持板（に対象ワーク表１ｔｉＢの計測価雪
や研削会曾等を鋲着し得るようにしである。

すなわち、対象ワーク表面８の計測に際しては第６図に
示すように、前記３点Ａ、Ｂ、Ｃで囲まれた三角形平面
の中心Ｇを通る中心線上の対象ワーク表面Ｂからの垂直
距離ＬＶｔｌｌｌ定する距離センｖ５５がナラ）５６に
よって上記支持板シに締付固定される。

また、研削作業に際しては、第７図に示すように、上記
中心線■が対象ワーク表面８と交わる点りを研削するこ
とができる研１１１１１［Ｆを有する研削装置ωが上記
支持板５４Ｋｉ１着される。上記研削―ｔ６０は、１１
１に８図に示すように、支持板８に鋲着し得るエア７リ
ンメ６１ｉ有し、そのエア７リン／６１内に醤着され、
支持板５４に直交する軸朦方向に摺動し得るピストン０
ツＩＰ６２の先−に、上記エアクリンダの軸１１１に直
交する軸−回りに回動し得ゐ砥石団を軸支した支持台詞
が堆夛付けられている。

そして、上記支持合一にチェーン団を介して上記砥石母
に回転力を与え為駆動モーターが醤着されている。なお
、この場合上記エア７す／ダ６１の軸線が、前記三ａ支
持１１５０における三１１１Ｉ形平面の中心Ｇからの１
ｉｉｌＫｆｆｉなるように構成する。

次にその作用について説明する。

先ず、対象ワーク表面Ｓの目標スタート点近傍（ヘッド
部ｌを近づけ、支持部５１ｍ　、５１ｂ　、５１＠のい
ずれか２つ以下の先端がワーク表面Ｓに接触すると、接
触検出１ｓ５３　ｍ　、５３ｂ　、　５３　ｃの対応す
るものくよってその接触が検知され、ヘッド部ｌの移動
が停止せしめられる。（第９図点線、なシこの場合説明
をわかりやすくするため支持部はその２本のみを示し、
自由曲面を直線平面とした時の状態を示す、） そこで、次に前記ヘッド部１を７リン／１２の軸線方向
（矢印α方向）Ｋ移動せしめ、下部ピストンロツ）Ｐ２
２を介して揺動ｌ！１１３０を押圧する。しかして、こ
の揺動１ｓａｏへの抑圧力（よって、三点支持１１５０
２＞１、揺動ｌ５３０）ＩＩ　ｌ　Ｏ軸１１オ！び＠２
の軸線着わりに揺動し、全ての支持部５１ｍ、５１ｂ、
５１ｅの完膚が対象ワーク表面ＢＫ接触する方向に移動
する。

このようにして全ての支持部が対象ワーク表面ＳＫｍ触
すると（第９（２）実線）、各接触検出器おａ。

５３ｂ、５３＠によってその接触が確認され、それと同
時にヘッド部ｌの移動が停止される。これで、三点支持
部驚は、対象ワーク表面Ｓに倣って安定した状態となり
、その三点支持部製の中心ｉＩＨすなわち底面の中心Ｇ
を通る＊＊が対象ワーク表面８上の接触点Ａ、Ｂ、Ｃ内
の法ＩＩ（対象ワーク表面に直交す石！！１ｌｌ）と一
致する。

そζで、上記三点支持部（資）の支持板（に設けられた
距離ｔンｆ５５によって、対象ワーク表面８からの距離
りを求めるとともに、伸纏部１０と揺動部加のポテンシ
ョメータ２０，３６．４１によって得られるピストンロ
ツ）′ηの移動量（矢印α方向）と、栴１および！１！
２の軸３２．３７の回転角度（矢印β方向。

矢印ｒ方向）により、対象ワーク表面上の点Ａ。

Ｂ　、Ｃ、Ｄの４点位置を求めることができる。なお。

ヘッド部ｌの位置は予め移動することからその位ｆは検
出することができる。このようにして４点Ａ　、Ｂ　、
Ｃ、Ｄ　　が求まれば対象ワーク表面の当＃部分の自車
半径Ｒおよびその方向を求めることができる。以下、こ
の動作を順次繰り返すことにょって対象ワーク表面に倣
いながら自動的にワーク表面の形状を測定することがで
きる。

ｆた、これで求まった曲畢半径凡の方向を基に、Ｈ＆フ
ット体またｒｉＮＣ工作機械を制御してヘッド部ｌの方
向を修正することにより、対象ワーク表ｆへの曲面倣い
範囲を拡大することができる。

さら（、三点支持部間の中心１１Ｈ上に研削装置印ｂｇ
着し、エアシリンダ６１によって砥石団を対象ワーク表
面に一定圧で押付けるとともに、駆動モータ圀を駆動す
ることによって、対象ワーク表面８０点りを研削するこ
とができる。このとき砥石６３の研削面Ｆは、三点支持
部（資）の中心線Ｈに直交しているとと４Ｋ、対象ワー
ク表面Ｓ上の法■が中心ｌＩＨと一散していることから
、対象ワーク表面８の接一方向と一散することにな抄、
目標研削深さの管理を高１ｆｌＦＫ行なうことができる
。このようにして、自由−面の対象ワーク表面を曲面に
倣いながら順次目標の研削深さで自動的に研削すること
ができる。

なお、上記！！織例においては３本の支持部５１ａ。

５１ｂ、５１ｇの頂を一点０に集中せしめたものを示し
たが、３本の支持部５１ｍ、５１に＋、５１＠の基端側
を中心１！ＨＫ平行に嬌ばし、それらを結ぶ新たな支持
板ｔＭＥ持足５１ｍ　、５１ｂ　、５１＠ト第２　（Ｄ
軸３７ｒ＆１ｌＩＫ設け、その支持板の中心部を上記第
２の軸ａの点ＯＫ接続してもよい、この場合、支持部５
１ｍ、５１ｂ、５１＠で囲まれた空間の体積を大きく取
ることができ、その空間へ設ける研削ｍｓ等の作業能力
を拡大することができる。

また、曲皐牛径８の計算等が少し壷雑になるが、揺動部
の両軸ｌＩｒ１必ずしも互いに一点で交差すゐ必要はな
い、さらに、前記三点支持部の支持板中心線上には研削
ｗｌＡｌ等病外に溶接トーチや非破壊検査用の探触子等
をａｎ付け、計欄作業や研削作業だけでなく、溶接作業
等にも応用すること−できる。

〔発明の効果〕

重置ｇＡは上述のように構成したので、従来高置の熟練
を要した作業者による手作業で行なっていた例えば水車
ランチ、−ンプインペラ等の大物製品の自由１１１［１
上の針側作業あるいは研削作業等を、本発明装置によっ
て簡単に且つ自動的に行なうことができる。ｉπ装置の
構成も簡単なため小形化することができ、挾隘部をもつ
対象ワークにも適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明ｉＩｆの概略構成斜視勾、＠２図は本発
明１ｉｔｏ＠面図、第３図は伸縮部の縦断側面図、第４
図に揺動部の側面図、１４５図に上記揺動部の底面和、
第６図は三点支持部の側面図、第７図は研−ｊｉｉ費を
取り付けた三点支持部の側面−１第８図は研削−蓋を取
り付けた状態を示す３点支持部の側面図、第９図は作動
原理説明図である。 １・・・ヘッド部、　１０・・・伸縮部、１２・・・ク
リソ／、Ｉ・・・ボテ／７！ｉメータ、（資）・・・揺
動部、支・・・第１の軸、３６・・・Ｉテン７！メータ
、３７川第２の軸、４１・・・Ｉテ／／ＩＩメータ、５
０−・・三点支持部、５１ｍ　、５１ｂ　。 ５１ｅ・・・支持部、　５３ｍ　、５３ｋ　、５３ｅ・
・・接触検出器、詞・・・′ｆＥｎ板、（イ）・・・研
削１ｊｆ、８−・・対象ワーク表面。 Ｈ・・・中心線・ 出願人代理人　　　猪　股　　　　清

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、先熾に＆−ル軸受を設けるとともに途中に接触検出
   器を設けた同一長さの３本の支持足からなり、その各支
   持足の基端部或はその延長１を一点に集めてその一点を
   頂点とし、先趨のゲール軸受中心間を等間隔に保持せし
   めて上記Ｉ−ル軸受中心間を緒んでできる正三角形を底
   面とする直角三角錐状の三点支持部と、互いに直交する
   ２つの軸ＩＩオわ）Ｋ上記三点支持部を揺動自在に軸支
   する揺動部と、三角錐状部の頂点を通りかつ上記内軸−
   の少なくとも一方の軸１１に直交する軸硼方向に前記揺
   動部を移動可能に支持する伸縮部と、前記三角錐状部の
   頂点を通りその底面に直交する口上に配設され、前記三
   点支持部に■定された作業機具とを有することを特徴と
   する、１１１面倣い作業装置。 ２、互いに直交する２つの軸ＩＩｓに、三角錐状部の頂
   点を通る第１の軸線と、その第１の軸線Ｋ［交し、三角
   錐状部の頂点食通るとともに前記三点支持部の底面に平
   行な８２の軸線とからなることを特徴とする特許請求の
   範ｉ！ＩＷ１項記載の曲面倣い作業装置。 ３、作業機具は、接触式或に非接触式の距離センナ−で
   あることを特徴とする特許請求の１１１８第１項ｔｒ−
   に第２項記載の曲面倣い作業＠曾。 ４、作業機具は、三点支持部の底［ｉｆＫ平行な平面内
   に研ＰＡ面を有する研削―萱であることを特徴とする、
   ４１ｔＦ請求の範１！Ｉｌ［項または第２項記載の曲面
   倣い作業―愛。 ５、作業機具は、溶接トーチであることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項または第２項記載のＩＩＩｍ倣い作
   業―置。 ６、伸縮部はＣＩ−ットアーム先端部に取り付けられて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至ＩＩ５
   項のいずれかに記或の１１１Ｉｌｌｉ倣い作業装置。 ７、伸＠部に、工作懺械の主軸ヘッド部に取り付けられ
   ていることを４１１黴とする、特許請求の範＃！ｌ第１
   ｇ４乃至８＠５項のいずれかに記載の曲面倣い作業―置
   。