JPS61209868A - ワ−クの自由曲面の研磨仕上げ装置 - 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】 産業上立且凰立！ 本発明はワークの自由曲面の研磨仕上げ装置に関するも
のであり、更に詳しくは、ワークの自由曲面に立てた法
線の方向をセンサにより検出することにより、砥石の押
し付け方向を調整するように構成されたワーク表面の研
磨仕上げ装置に関するものである。

逆米立技血 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
補任上げを施した後、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。

（°０ 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、斯かる機能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追随に必
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方法
、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。一方、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。更に、第６図
（Ｄ）に示すようにモータの駆動軸と砥石の間に自在継
手を介在させ、砥石をワークの表面に押し付けるだけで
ワークの自由曲面に対して砥石が直角に当たる研磨条件
を作り出す方法も知られている。しかしこの方法には、
ワーク面の傾斜角によってワーク面に対する法線方向押
し付け力が変化して了う欠点が認められる。

本発明の主要な目的は、自由曲面を有するワ一りの研磨
仕上げ加工に於いて問題となっていた、ワークの表面に
対する砥石の押し付け方向の制御を容易になし得る自由
曲面を育するワークの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、ワークの自由曲面に立てた
法線の方向を検出するのと同時に、該検出信号を砥石の
押し付け方向を補正するための出力信号として研磨ユニ
ットに送出し得るようにしたワークの自由曲面の研磨仕
上げ装置を提供することにある。

゛の 斯かる目的に鑑みて本発明は、砥石の軸とモータの回転
軸とを自在継手で接続した型式の研磨仕上げ装置に於い
て、前記モータ（１）から延びる固定ベース（２）に装
着されたセンサユニット（１０）と、該センサユニット
によって検出されたワーク（４）の表面に対する法線方
向の検出信号を砥石（５）の押し付け方向を補正するた
めの出力信号に変換する信号処理装置（６）と、該信号
処理装置から送出される前記出力信号によってワーク（
４）の自由曲面に対して法線を形成するように砥石（５
）の押し付け方向が補正される研磨ユニット（７）とか
らなるワークの自由曲面の研磨仕上げ装置を要旨とする
ものである。

１１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（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センサユニツ）　（１０
）は、９０”または１２０°の位相角を維持して直径（
Ｄ）なる円周上に支持された複数本のセンサ（３）、（
３）・−・・、該センサ（３）、（３）・−・・・のそ
れぞれの触針（３Ａ）、（３Ｂ）、（３Ｃ）および（３
Ｄ）等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
（８）、（８）・−・・・および高域通過フィルタ（９
）、（９）・−・、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
出信号を砥石（５）の押し付け方向を補正するための電
気的な出力信号に変換するための信号処理装置（６）か
ら構成されている。センサ（３）、（３）・・・・は、
固定ベース（２）を介して、モータ（１）の本体に固着
されており、比較的小径の参照符号ＣＤ）で表示する円
周上に触針（３Ａ）、（３Ｂ）、（３Ｃ）および（３Ｄ
）を略等間隔で位置せしめ、且つ、砥石（５）の上面プ
レート（１２）に対してバネ付勢された状態で前記触針
が漬り接触もしくは転がり接触するような法線方向の検
出系を構成している。一方、砥石（５）の軸（１３）は
、自在継手（１４）を介してモータ（１）の回転軸（１
５）に接続されている、第３図に例示する実施態様に於
いては、ワーク（４）の表面に立てた法線の方向を、Ｈ
ａ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）が対向配置されている。また
、ワーク（４）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（３
Ｄ）が対向配置されている。

前記触針は、砥石（５）の上面プレート（１２）に対し
て転がり接触もしくは滑り接触しながら砥石（５）の軸
（１３）の傾き角を計測するものであるが、この際ボー
ルエンドミル等の切削工具によってワーク（４）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、直ｐＩ！（Ｄ）なる円周上で上面プレー）　
（１２）に対して所定角度（θ）だけ同時相対移動し得
るようにその取付位置が調整されている。更に詳しく説
明すると、センサ（３）、（３）・−・・の触針を上面
プレー）　（１２）に接触させた状態で、砥石（５）を
ワーク（４）の自由曲面に押し付けて研磨仕上げ加工を
実行する訳であるが、砥石（５）がピンクフィードマー
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、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、
砥石（５）を上面プレート（１２）と共に一定角度だけ
回転し、該上面プレートと触針（３Ａ）、（３Ｂ）、（
３Ｃ）および（３Ｄ）との相対移動によって、それぞれ
のセンサ（３）、（３）・−・・の針側値を読み取り、
これらの読み取り値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
を取得している。

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）が実用上充分な平滑度を有する上面プ
レー）　（１２）に接触し、砥石（５）の底面がワーク
（４）の自由曲面に押し付けられているとき、前記上面
プレート（１２）との滑り接触もしくは転がり接触を介
して、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）は、平面（Ｘ−Ｚ）方
向のワーク＜Ｈの自由曲面を走査し、計測結果をｙ＝ｆ
　（Ｘ）なる２次曲線として表示する。砥石（５）の底
面がｙ＝ｆ　（ｘ）で表示されるワーク（４）の表面に
接触したとき、前記触針（３Ａ）と（３Ｂ）の間には上
面プレート（１２）を介してｉ！！（Ｈ）が生じる。こ
こに於いて触針（３Ａ）と触針（３Ｂ）との間隔、つま
り前記直径（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、７”ａＸ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。

１　　　　　　　・・・・・■ 一方、ある曲線が与えられたとき、該典線上の任意の点
（ｘり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（Ｘｔ　）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、砥
石（５）の上面プレー）　（１２）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
於いて上面プレー）　（１２）、つまり砥石（５）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、該読み取り値がワーク（
４）の自由曲面に立てた法線（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、砥石（５）の回転角がθ／２である計測点には、
前記ビ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を用いてもよいが、本発
明装置に於いては装置を簡易化するため電気的なノイズ
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（８）を個々のセンサ（
３）に対して１個づつ直列接続してなる脈動除去回路を
採用している。このようにして、低域通過フィルタ（８
）を介して触針（３Ａ）と触針（３Ｂ）の指示値の差１
３Ａ−３８＋　、ならびに触針（３Ｃ）と触針（３ｎ）
の指示値の差１３Ｇ−３Ｄ　Ｉ　、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（６）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、モータ（１）および自在継手（１４）を
介して多関節ロボッ）　（１６）のアームに装着された
砥石（５）の押し付け方向を補正し、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（して、砥石（５）の押し付け方向をワ
ーク（４）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（３Ａ）、（３Ｂ）、（３Ｃ）お
よび（３Ｄ）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（４）の自由曲面の粗さを測
定することも可能である。Ｉｐち、前記法線の方向の算
出に祿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（３ａ）、（３ｂ）を、
ワーク（４）の表面の粗さを表示する計測値として利用
することができる。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１３Ａ−３８＋および１３ｃｍ３０１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（
８）側から高域通過フィルタ（９）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（６）に送出する。

信号処理装置（６）で砥石（５）の押し付け方向を補正
するための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に基づく出力信号は、多
関節型ロボット（１６）に装着された砥石（５）の押し
付け方向補正信号として送出される。

作里 ワーク（４）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（１６）のアームの先端に本発明装置を装着し、セ
ンサ（３）、（３）・−・・の触針（３Ａ）、（３Ｂ）
、（３Ｃ）および（３Ｄ）によってワーク（４）の表面
を走査する。多関節型ロボット（１６）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
本または３本が１組になって走査幅と走査速度を自動制
御された状態で回転砥石（５）の上面プレート（１２）
を介してワーク（４）の表面に沿って移動し、ワーク（
４）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（切削溝）の深さを
計測する。これらの針側値は、低域通過フィルタ（８）
または高域通過フィルタ（９）を経由してノイズを取り
除かれた状態で信号処理装置（６）に送られて演算処理
され、砥石（５）の押し付け方向の補正信号として多関
節型口ボッ）　（１６）へ送出される。

砥石（５）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
ることが好ましい、モータ（１）ならびに砥石（５）を
装着された多関節型ロボット（１６）は、ワーク（４）
の自由曲面の法線方向データを順次読み出し、該法線方
向データを砥石（５）の押し付け方向の補正信号として
使用し研磨姿勢を制御しながら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（４）の表面は法線方向のみに押し付け力が作用する
安定した条件下に研磨仕上げを施される。

斯くして本発明によれば、ワーク（４）の自由曲面に立
てた法線に対して砥石の押し付け方向が一致した効率的
な研磨姿勢を常時確保し得るのみならず、ワーク（４）
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
除去可能な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。

血皿坐班互 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ピン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し、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の押し
付け方向を補正することができる。従って本発明によれ
ば、砥石の押し付け方向をワークの自由曲面に立てた法
線の方向と一致せしめた効率的な研磨条件を常時確保す
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、正確に研磨加工が実施されるから
、従来プレス金型等の１ｉｌＦ！１Ｆ仕上げ工程で問題
となっていた砥石押し付け方向の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砥石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）−・−・・モータ、（２）・−・固定ベース、（
３）−・センサ、　（４）−・・・ワーク、　（５’）
　−・砥石、（６）　−・信号処理装置、（１０）・・
・−・センサユニット。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）砥石の軸とモータの回転軸とを自在継手で接続し
   た型式の研磨仕上げ装置に於いて、前記モータから延び
   る固定ベースに装着されたセンサユニットと、該センサ
   ユニットによって検出されたワーク表面に対する法線方
   向の検出信号を砥石の押し付け方向を補正するための出
   力信号に変換する信号処理装置と、該信号処理装置から
   送出される前記出力信号によって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押し付け方向が補正さ
   れる研磨ユニットとからなるワークの自由曲面の研磨仕
   上げ装置。