JPS61205815A - ワ−ク表面の法線方向とうねりの同時測定装置 - 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】 主業上段肌且立！ 本発明はワーク表面の法線方向とうねりの同時測定装置
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
いるピックフィードマーク（切削溝）を除去するための
研磨加工に際し、プレス金型の表面の法線方向とうねり
を同時に測定する研磨準備装置に関するものである。

従】践ｌ支石 自由曲面を有するワーク、例えば自動車のフェンダやド
ア等を成形するためのプレス金型は、切削加工によって
荒仕上げを施した後、ボールエンドミル等の切削工具に
よってワークの表面に生じたビックフィードマーク（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って寸法精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。

（シよ゛　　る　　占 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６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って面接触状態を作り出すか
、あるいは第６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６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
掛かる砥石の圧力が、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６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。

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っていた、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
ピックフィードマーク（切削溝）の除去に好適な、自由
曲面上のうねり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。

Ｉ：Ｉ：　　るための 斯かる目的に鑑みて本発明は、直径（Ｄ）なる同一円周
上に直交配置され、且つ、前記円周に沿って相対位置を
変化せしめることなく同時回転し得るように支持された
４本のセンサ（１）、（ＩＬ−と、咳センサに接続され
た低域通過フィルタ（２）、（’２）−・ならびに高域
通過フィルタ（３）、（３）−とからなるワーク表面の
法線方向とうねりの同時測定装置を要旨とするものであ
る。

実呈凱 第１図は本発明装置の全体構造を例示するブロック線図
であり、第２図および第３図はセンサ本体（１０）の細
部構造を例示する正面図および底面図である。

これらの図面に見られるように本発明装置は、センサユ
ニット（１０）と、該センサユニット（１０）に回転自
在に取付けられた４本のセンサ（１）、（１）　−のそ
れぞれに接続された低域通過フィルタ（２）、（２）〜
および高域通過フィルタ（３）、（３）　−１ならびに
これらのフィルタを通してセンサ（１）、（１）　−・
−から送出される法線方向の検出信号を出力信号に変換
するための信号処理装置（２０）から構成されている。

センサユニット（１０）は、モー・夕（４）、該モータ
の回転駆動力をベベルギヤ（６）、（７）を介してセン
サ（１）、（１）−・・・に伝達するための回転駆動機
構（８）、ガイド（５）によって回動経路を規制された
状態で直径（Ｄ）なる同一円周上に触針（ＩＡ）、（Ｉ
Ｂ）、（ＩＣ）および（ＩＤ）を所定の位相角（本実施
例に於いては９０°）維持下に配置してなるセンサ（１
）、（１）・−・から構成されている。図示する実施態
様に於いては、ワーク（１５）の表面に立てた法線の方
向を、２個の触針、例えば触針（ＩＡ）と（ＩＢ）によ
って平面＜Ｘ−Ｚ＞に沿う高さの差（Ｈ）として検出す
るため、直径ＣＤ）なる円周上に１８０°の位相差を置
いて前記触針（ＩＡ）と（ＩＩＩ）を対向配置している
。また、ワーク（１５）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”ζ検出するため、前記触針（ＩＡ）、（Ｉ
Ｂ）の軸心を結ぶ直線に対して直交するように触針（Ｉ
Ｃ）と（ＩＤ）を対向配置している。

先端に触針（ＩＡ）、（ＩＢ）、（ＩＣ）および（ＩＤ
）を装着した４本のセンサ（１）、（１）−は、回転ユ
ニット（８）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ってワー
ク、（１５）の表面に生じたピックフィードマーク（切
削溝）の影響を軽減するため、回転駆動機構（８）のベ
ベルギヤ（６）、（７）を介して回転自在に支承されて
おり、直ｐｉ（Ｄ）なる円周上で所定角度（θ）だけ回
転しながらワーク（１５）の自由曲面に沿って移動し得
るように構成されている。

更に詳しく説明すると、センサ（１）、（１）・−・の
触針をワーク（１５）の自由曲面に接触させた際に、該
触針がビックフィ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ってセンサ（１）、（１）、−
・・−によって計測される示差（Ｈ）は変動する。しか
しながら、ピックフィードマークにはワーク切削時のカ
ッタ、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（ＩＡ）、（ＩＢ）
、（ＩＣ）および（ＩＤ）を第２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Ｈ（ＩＡ）に隣
接配置された触針（ＩＣ）または（ＩＤ）が回転駆動機
構（８）の回転により回転前に触針（ＩＡ）が占めてい
た位置に到達し得るように９０”だけ正方向または逆方
向に回転させながらワーク（１５）の自由曲面に沿って
移動させ、１固々のセンサ（１）、（１）−・−の読み
を平均化することによって、ピックフィードマークの影
響を可及的に減少せしめた計測条件を取得することがで
きる。

ここで、第４図に見られるように、センサ（１）、（１
）−・−・の４本の触針（ＩＡ）、（ＩＢ）、（ＩＣ）
および（１０）がワーク（１５）の自由曲面に接触して
いるとき、Ｉｉ！径（Ｄ）なる円周上で対角線上に配置
された２本の触針（ＩＡ）および（ＩＢ＞によって計測
される平面＜Ｘ−Ｚ＞方向のワーク（１５）の自由曲面
は、ｙ−ｆ　　（ｘ）として表示される２次曲線を形成
する。触針（ＩＡ）、（ＩＢ）がｙ−ｆ（ｘ）で表示さ
れるワーク（１５）の表面に接触すると、前記触針（Ｉ
Ａ）と（ＩＢ）の間に示差（Ｈ）が生じる。ここに於い
て触針（ＩＡ）と触針（ＩＢ）との間隔、つまり前記用
の直径（Ｄ）が、ワーク（１５）の自由曲面の曲率に対
して充分に小さくなるように選定されていれば、触針（
ＩＡ）と触針（ＩＢ）の間の　。

自由曲面は、３Ｆ”ａ　！なる直線と見做すことができ
る。この条件が満足されるならば、第４１！１に於いて
触針（ＩＡ）、（ＩＢ）で挾まれた線分の勾配（ａ）は
、下記０式で与えられる。

・・・・・■ 一方、ある曲線が与えられたとき、該曲線上の任意の点
（ｘｌ）に於ける法線の方向（Ｚ）は、下記０式で与え
られる。

・・・・・・■ 上記０式および０式から、計測点（ｘｌ）に於ける平面
＜Ｘ−Ｚ＞に於ける法線（Ｚ）の方向は Ｚ＝　−−ｘ　＋　（−十ａ）　Ｘｌ　　　・・■ａ　
　　　　　　　　　　　　　ａ として算出することができる。

第５図はセンサ（１）、（１）−・の示差が、回転駆動
機構（８）の回転角（θ）と共に変化する状態を触針（
ＩＡ）および（１Ｂ）の移動軌跡と関連付けて表示する
直交座標線図である。第５図に於いて回転駆動機構（８
）の回転角がθ／２であるときのセンサ（１）、（１）
−・−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センサの指
示値となる。しかしながら、回転駆動機構（８）の回転
角がθ／２である計測点には、前記ピックフィードマー
クに起因する脈動が重畳している。従って、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数値処理的な移動
平均法が知られているが、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
遮断フィルタ、つまり低域通過フィルタ（２）を個々の
センサ（１）に対して１個づつ直列接続することによっ
て脈動除去回路を形成している。このようにして、低域
通過フィルタ（２）を介して触針（ＩＡ）と触針（ＩＢ
）の指示値の差１１Ａ−ＩＢ　＋　、ならびに触針（Ｉ
Ｃ）と触針（ＩＤ）の指示値の差１１Ｃ−１０１、つま
り０式に於けるＨの値を絶対値として読み取ることによ
って、信号処理装置（２０）に於いてビックフィードマ
ークの影響を取り除いた条件下で計測点（ｘｌ）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、多関節ロボット（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（１５）の自由曲面に立てた
法線と一致せしめた理想的な研磨条件が取得される。

一方、上記４本の触針（ＩＡ）、（ＩＢ）、（ＩＣ）お
よび（ＩＤ）がビックフィードマークの影響を受けると
いう性質を利用してワーク（１５）の自由曲面の粗さを
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ビックフィー
ドマークに起因するうねり信号（１ａ）、（１ｂ）を、
ワーク（１５）の表面の粗さを表示する計測値として利
用するものである。この場合には、前記計測点（ｘｌ）
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ＩＩＡ−ＩＢ　ｌおよびＩ　ＩＣ−１０１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ィル
タ（２）側から高域通過フィルタ（３）側に切換え、ビ
ックフィードマークに相当する高周波成分のみを信号処
理装置（２０）に送出する。

斯くして本発明によれば、ワーク（１５）の自由曲面に
立てた法線に対して砥石の軸線が一致した効率的な研磨
姿勢を常時確保し得るのみならず、ワーク（１５）の表
面に残存しているビックフィードマークをも同時に除去
し得る生産性の高い研磨加工装置が構成される。

尚、上記実施例に於いては、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
接スイッチやエヤマイクロメータあるいはフォトダイオ
ード等の非接触形センサを使用することも可能である。

血豆旦班来 以上の説明から理解し得る如く、本発明装置を使用する
ことによっ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ビックフィードマークに起
因するうねりの高さを同時に計測することができる。従
って、これらの測定値に基づいて砥石を軸支した多関節
ロボットの研磨姿勢、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って、
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、正確な研磨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っていた砥石の回
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って、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、
プレス金型のコスト低減に対しても注目すべき効果が発
揮される。

【図面の簡単な説明】

第１゛図は本発明装置の全体構造を例示するブロック線
図であり、第２図および第３図はセンサユニットの細部
構造を例示する正面図および底面図である。第４図は本
発明装置の操作要領を説明する直交座標線図であり、第
５図はセンサの示差と回転駆動機構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６図は、在来のワ
ーク自由曲面の研磨手段の説明図である。 （Ｄ）・−センサ触針の回転軌跡の直径、（１）・−セ
ンサ、　（２）−低域通過フィルり、　（３）−高域通
過フィルタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）同一円周上に直交配置され、且つ、前記円周に沿
   って回転自在に支持された４本のセンサと、該センサに
   接続された低域通過フィルタならびに高域通過フィルタ
   とからなるワーク表面の法線方向とうねりの同時測定装
   置。