JPS61209866A - ワ−クの自由曲面の自動仕上げ装置 - 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】 産業上皇且里分立 本発明はワークの自由曲面の自動仕上げ装置に関するも
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、該プレス金型の自由曲面上に残存している
ピンクフィードマーク（切削溝）を自動的に除去するた
めのワークの自由曲面の自動仕上げ装置に関するもので
ある。

従ｍ支斂 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、人手によって表面研磨を施し、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
じたピックフィードマーク（切削溝）を取り除いている
、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゛と　る 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、研磨用砥石のワーク表面への
接触状態を常時モニタリングし、ピックフィードマーク
の除去に好適な研磨条件を持続させる必要がある。而し
て研磨仕上げ工程の生産性を向上させるためには、ワー
クの自由曲面に対して研磨砥石を面接触状態に保持する
ことが望ましく、斯かる機部の付与手段として第６図（
Ａ＞に示すように、砥石自体にワーク表面への違随に必
要な適度の弾性を持たせ、該砥石の弾性変形を利用して
ワークの表面と砥石との間に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
クの自由曲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
クの表面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
自由曲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、自由曲面を育するワークの研磨
仕上げ加工に於いて問題とな９ていた、ワークの自由曲
面に対する砥石の軸線方向の制御に好適な自動研磨仕上
げ装置を提供することにある。

本発明の他の主要な目的は、ワークの自由曲面上に残存
しているピンクフィードマーク（切削溝）の除去に好適
な自動研磨仕上げ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（表面粗さ）とを同時に測定することがで
きる計測手段を備えた自動研磨仕上げ装置を提供するこ
とにある。

ル　を゛　たの。

斯かる目的に鑑みて本発明は、ワーク（１）の自由曲面
に立てた法線（Ｙ）および（Ｚ）の方向を検出し、該検
出値を記録用の電気的信号に変換するセンサユニット（
１０）と、該センサユニットによって検出された法線（
Ｙ）および（Ｚ）の方向を記録する法線モデルファイル
（２０）と、咳法線モデルファイルから送出される法線
方向の指示信号によって砥石の回転軸（２）を前記ワー
クの自由曲面に対して法線をなすように指向せしめる多
関節型ロボット（３０）とによって構成せられたワーク
の自由曲面の自動仕上げ装置を要旨とするものである。

災施皿 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
的な説明図であり、第２図および第３図はセンサユニッ
ト（ｌＯ）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センサユニッ）　（１０
）は、９０°の位相角を維持して直径（Ｄ）なる円周上
に回転自在に支持された４本のセンサ（３）、（３）・
−・、該センサを所定の角度（θ、例えば９０°）だけ
前記位相角保持下に同時回転させるベベルギヤ（４）、
（５）付きのモータ（６）、前記センサ（３）、（３）
・・−・のそれぞれの触針（３Ａ）、（３Ｂ）、（３Ｃ
）および（３Ｄ）によって検知された法線方向およびピ
ックフィードマークの検出信号を選別するための低域通
過フィルタ（７）、（７）・−・・および高域通過フィ
ルタ（８）、（８）・・−・、ならびにこれらのフィル
タを通して前記センサ（３）、（３）から送出される法
線方向の検出信号を記録用の電気的な出力信号に変換す
るための信号処理装置（９）から構成されている。尚、
センサユニフ）　（１０）の触針支持部材（１１）には
、比較的小径の参照符号（Ｄ）で表示する円周上にセン
サ（３）、（３）・・−・・の触針（３Ａ）、（３Ｂ）
、（３Ｄ）および（３Ｄ）を略等間隔に、且つ回転自在
に支持するための円形案内面を有するガイド（１２）が
取付けられており、前記複数個の触針が相対位置を変化
せしめることなく一定の回動経路に沿って移動し得るよ
うな円環状の案内面を形成している。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（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−２）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（
３ｎ）を対向配置している。

先噛に触針（３Ａ）、（３Ｂ）、（３Ｃ）および（３Ｄ
）を装着した４本のセンサ（３）、（３）・−・・・は
、触針支持部材（１１）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（１）の表面に生じたビックフィードマー
ク（切削溝）の影響を軽減するため、触針支持部材（１
１）のベベルギヤ（４）、（５）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（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（３）、（３’）
　−・によって計測される示差（Ｈ）は変動する。しか
しながら、ビ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（３Ａ）、（３Ｂ）
、（３Ｃ）および（３Ｄ）を第２図に於いて　　　　　
。

参照符号（Ｄ）で示す円周上で一定角度、例えば触針（
３Ａ）に隣接配置された触針（３Ｃ）または（３Ｄ）が
触針支持部材（１１）の回転により触針（３Ａ）の位置
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（１）の自由曲面に沿って移動させ
、個々のセンサ（３）、（３）−・−・の読みを平均化
することによって、ピン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を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（３）、（３
）・・−の４本の触針（３Ａ）、（３Ｂ）、（３Ｃ）お
よび（３Ｄ）がワーク（１５）の自由曲面に接触してい
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）によって計測される
平面＜Ｘ−Ｚ＞方間のワーク（１）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（３Ａ）、（３Ｂ）がｙ＝ｆ　（ｘ）で表示されルワ
ーク（１）の表面に接触すると、前記触針（３Ａ）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ｉ径（
Ｄ）が、ワーク（１）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（３Ａ）と触
針（３Ｂ）の間の自由曲面は、ｙｗａａ　ｘなる直線と
見做すことができる。この条件が滴定されるならば、第
４図に於いて触針（３Ａ）、（３Ｂ）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
（Ｘｔ　）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＜２＞の方向は ａ　　　　　　　　　　　　　ａ として算出することができる。

第５図はセンサ（３）、（３）　−の示差が、触針支持
部材（１１）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す
る直交座標線図である。第５図に於いて触針支持部材（
１１）の回転角がθ／２であるときのセンサ（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セン
サの指示値となる。しかしながら、触針支持部材（１１
）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（７）
を個々のセンサ（３）に対して１１固づつ直列接続する
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（７）を介して触針（３Ａ）と
触針（３Ｂ）の指示値の差１３Ａ−３８＋　、ならびに
触針（３Ｃ）と触針（３０）の指示値の差１３Ｃ−３１
）　＋、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（９）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（ｘ
ｌ）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、後記多関節ロボット（３０）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摩条件が取得される一方、
上記４本の触針（３Ａ）、（３Ｂ）、（３Ｃ）および（
３０）がピ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（１）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ピンク
フィ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（ｘ
ｌ）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−３８＋および１３Ｃ−３０１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（７）側から高域通過フィルタ（８）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（９）に送出する。

信号処理装置（９）で記録用の電気的な出力信号に変換
された法線方向の検出信号、例えば（Ｘ−Ｚ）平面およ
び（Ｙ−Ｚ）平面に於いて計測された法線方向の検出信
号から算出された出力信号は、法線モデルファイル（２
０）に送出され、後記多関節型ロボット（３０）の砥石
回転軸（２）の方向補正信号としてファイルされる。

多関節型口ボッ）　（３０）は、第１図に於いて二点鎖
線で示すように、パレットを介してワークセツティング
テーブル上に固定されたワーク（１）の表面形状を該ワ
ークの自由曲面に立てた法線の方向によって検出するセ
ンサユニット（１０）の触針支持部材（１１）と、前記
触針（３Ａ）、（３Ｂ）、（３Ｃ）および（３Ｄ）によ
って検出され法線モデルファイル（２０）に記録されて
いる法線方向の検出信号によって研磨姿勢を制御される
砥石（１３）の回転駆動ユニソ）　（１４）とを、交換
自在に支持するアーム（１５）を備えている。該多関節
型口ボッ）　（３０）は、腰部関節機構（１６）　、肩
部関節機ＦＪ　（１７）　、肘部関節機構（１Ｂ）　、
手指関節機構（１９）　、軍部関節機構（２０）および
手指関節機構（２１）からなる６軸間節機構を有し、セ
ンサ（３）、（３）−・の移動姿勢を制御すると共に、
法線モデルファイル（２０）から送出される法線方向指
示信号によって砥石回転軸（２）を前記ワーク（ｉ）の
自由曲面に対して法線をなすように指向せしめる。

旦 ワーク（１）をパレットを介してワークセツティングテ
ーブル（図示省略）上に固定した状態で、多関節型ロボ
ット（３０）のアーム（１５）の先端にセンサユニット
（１０）の触針支持部材（１１）を介してセンサく３）
、（３）−を装着し、該センサ（３）、（３）・−の触
針（３Ａ）、（３Ｂ）、（３Ｃ）および（３Ｄ）によっ
てワーク（１）の表面を走査する。多関節型ロボット（
３０）には、ワーク（１）の表面の走査に先立って、走
査の開始点と終点が教示されているから、センサ（３）
、（３）−は４本が１組になって走査幅と走査速度を自
動制御された状態で同時回転下にワーク（１）の表面に
沿って移動し、ワーク（１）の自由曲面に立てた法線の
方向と、該自由曲面上に一存しているビックフィードマ
ーク（切削溝）ア深さを計測する。これらの計測値は、
低域通過フィルタ（７）または高域通過フィルタ（８）
を経由してノイズを取り除かれた状態で信号処理装置（
９）で演算処理され、多関節型口ボッ）　（３０）の砥
石回転軸（２）の方向補正信号として法線モデルファイ
ル（２０）にファイルされる。

次に多関節型口ボッｌ−（３０）のアーム（１５）から
センサユニット（１０）の触針支持部材（１１）毎セン
サ（３）、（３）　−を取り外し、代わりに砥石（１３
）の回転駆動ユニッ）　（１４）を装着する。砥石（１
３）の粒度は、センサ（３）、（３）−・・によって計
測されたビックフィードマークの深さに応じて選択され
る。砥石（１３）としては、研磨加工時に中心部と周縁
部との間に許容限度を越えた研磨速度の差が発生するの
を防止するため、中心部が空胴になったカップ状砥石を
使用するどとが好ましい、砥石（１３）を装着された多
関節型ロボ７　）　（３０）は、前記法線モデルファイ
ル（２０）に貯えられているワーク（１）の自由曲面の
法線方向データを順次読み出し、咳法線方向データを砥
石回転軸（２）の方向補正信号として使用し研磨姿勢を
制御しながら砥石（１３）をワーク（１）の表面に押し
付は該ワークに研磨仕上げ加工を施す０以上のプロセス
を繰り返すことによって、ワーク（１）の表面は砥石（
１３）の粒度に応じた所定の面粗さに仕上げられる。

斯くして本発明によれば、ウー？　（１）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摩
姿勢を常時確保し得るのみならず、ワーク（１）の表面
に残存しているピン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。

発里皇班来 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と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（して、本発明によれば、全自動的な態様で迅
速、且つ、正確にＶｒＷＩ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域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触針支持部材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。 （１）・−・ワーク、（２）・−・−・砥石回転軸、（
Ｙ）、（Ｚ）−・ワークの自由曲面に立てた法線、（１
０）　−・・センサユニット、（２０）　−法線モデル
ファイル、（３０）　−多関節型ロボット。 第６図

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を検出し該
   検出値を記録用の電気的信号に変換するセンサユニット
   と、該センサユニットによって検出された法線の方向を
   記録する法線モデルファイルと、法線モデルファイルか
   ら送出される法線方向の指示信号によって砥石の回転軸
   を前記ワークの自由曲面に対して法線をなすように指向
   せしめる多関節型ロボットとからなるワークの自由曲面
   の自動仕上げ装置。