JPS63295170A - 自動研削装置の位置補正方法およびその装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、コンピュータ制御により研削装置の位置を自
動的に補正するようにした自動研削装置の位置補正方法
およびその装置に関する。

（従来の技術） 研削装置によって研削を行う場合１作業の進行とともに
砥石が摩耗する。よって研削精度を確保するためには、
砥石の摩耗量に応じて、研削作業動作の軌跡を補正しな
がら作業を進める必要がある。補正を行う方法としては
１作業者が仕上り具合を見て、必要に応じて砥石を移動
させる方法や、一定作業回数毎に、自動で砥石を移動さ
せる方法が行なわれる。また最近では砥石の位置を検知
するためのセンサを用い、検知する際は該センサに、ロ
ボットのアームの先端に取付けられた砥石を近づけて、
該センサが砥石を検知したときの、ロボットアームの座
標から砥石のＩ！！！耗を検知して、摩耗量に応じて研
削動作軌跡を補正する装置も考案されている（実願昭６
１−１８４００号）。

しかしながら、このような研削装置において砥石の摩耗
量に応じて、研削動作軌跡の補正が行われているが、そ
れは砥石の直径方向、あるいは砥石の作業姿勢の方向の
一方向のみでしか補正を行なっていなかった。

しかし、実際に砥石の先端は３次元（上下、左右、前後
）的に摩耗し、また砥石やグラインダを交換したとき、
製品の寸法ばらつきや、取付精度の関係から砥石の先端
の位置は３次的に変化する。したがって一方向のみの補
正では砥石の先端は位置ずれをおこす可能性がある。

また位置の補正を行うために砥石をセンサに近づけるが
、その速度が速い場合、検出おくれのため砥石の先端位
置を正確に検知できず、速度が遅い場合は、検出のため
に多くの時間を要するという問題があった。

このような問題点を解決するために下記のような装置が
提案されている０例えば実願昭６１−２１３５８７号の
考案がある。ここに示されている装置は、ロボットのア
ーム先端の砥石を、ロボットアーム座標系の、Ｘ軸、Ｙ
軸、Ｚ軸の３つの軸の方向に移動させ、ロボットの制御
装置に接続した位置を検出するためのセンナに近づける
装置と、該センサの信号を制御装置に接続して前記３つ
の軸方向に移動させた検出値を記憶する装置とを設ける
ようにしたものである。

このようにすると砥石先端の位置検出を砥石の一方向の
みでなく、ロボットアーム座標系ノｘ、ｙ、ｚ軸とした
ことにより砥石の位置が正確に把握され、砥石の位置ず
れにより不都合をおこすことはない。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記従来の装置による方法は砥石先端位
置を検出するためのセンサの位置の基準位置データをあ
らかじめ記憶させ、摩耗砥石の先端の位置データとの差
を求めることにより位置補正を行っていた。このためセ
ンサが位置ずれしたり、センサ自体は動かなくとも、セ
ンサ自体の環境特性により１例えば温度等の環境変化に
対し検知位置がドリフトする場合があった。このように
基準位置がずれるとセンサの基準位置と記憶させた基準
位置データとの間に誤差を生じ、その結果補正の精度が
悪くなるという問題が発生した。

本発明は、ロボットアームに基準プレートを設け、セン
サでこの基準プレートと砥石の先端の両方の位置を検出
し、制御装置でその差を演算することによってセンサず
れを相殺し、相対位置の補正を行う自動研削装置の位置
補正方法およびその装置を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明に係る自動研削装置の位置補正方法は、ロボット
アームの先端に基準プレートを設け、ロボット近傍に設
置したセンサで、前記基準プレートの位置を検出し演算
することによりロボットに対するセンサの相対位置を把
握し。

つづいてロボットアーム先端の砥石先端位置をセンサで
検知し、算出された基準プレートと砥石先端との差を相
殺演算し、砥石の径を判断してロボットアームの先端基
準点に対する砥石先端のツールオフセットの相対位置を
補正することを特徴とするものである。

また、本発明にかかる自動研削装置の位置補正装置は、
ロボットアームの先端にグラインダを取付け、該グライ
ンダの砥石先端位置を検出するセンサを別に設けて、該
センナの出力端を前記ロボットの制御装置の信号入力端
に接続し、砥石の位置補正を行う自動研削装置において
、ロボットアームの先端に基準プレートを設け、前記セ
ンナに近づける装置と該センサの信号を制御装置に接続
してその検出値を記憶する装置と、前記砥石先端の検知
データと前記基準プレートの検知データとの差を演算す
る装置とを設けたことを特徴とする構成としたものであ
る。

（作用） このように砥石取付部に設けられた基準プレートの位置
をセンナで１回以上検出して制御装置に記憶させ、あら
かじめ測定したロボットとセンサの相互位置と比較、演
算しその差によってセンサとロボットの位置ずれの大き
さを調べる６位置ずれが所定値を超えないときにロボッ
トアームに取付けられた砥石の先端の位置を前記センサ
で１回以上検出して制御装置に記憶させ、あらかじめ測
定した砥石先端位置のデータと比較演算し砥石の摩耗を
調べる。砥石の先端の位置のずれが所定値を超えないと
きに基準プレートの検出データと砥石の先端の検出デー
タを演算して、ロボットとセンサの相対的な位置ずれを
相殺し、ツールオフセットの相対位置補正または砥石の
交換を行う。

また、上記構成の自動研削装置の位置補正装置は、ロボ
ットアームの先端の砥石の位置の検出のみでなく、基準
プレートの位置の検出も行うことにより、砥石の先端位
置が正確に把握され、ロボットやセンサの位置ずれによ
る不都合をおこすことはない。

（実施例） 次に本発明の一実施例を図にもとづいて説明する０本発
明の自動研削装置の位置補正方法を実施するための装置
は、基本的には本出願人がすでに出願した自動研削装置
の位置補正装置（特願昭８１−２１３５８７号）を利用
しうるものである。

本発明方法を実施するための装置を説明する。第１図に
おいてｌはロボットであって、基台ｌａ上に、基塔２が
垂直軸のまわりにすなわちＩＩ′方向に回動自在に装着
されている。基塔２の上部には第１のアーム３が水平軸
のまわりにすなわち■■′方向に回動自在に軸着されて
いる。

第１のアーム３の先端にはアーム受４ａが第１のアーム
３の軸と直交する軸のまわりにすなわちｍｍ′方向に回
動自在に設けられ、アーム受４ａには第２のアーム４が
、第２のアーム４の軸のまわりにすなわちＴＶＩＶ’方
向に回動するように装着されている。第２のアーム４の
先端には第３のアーム５が第２のアーム４の軸に直交す
る軸のまわりにすなわちｖｖ′方向に回動自在に装着さ
れている。

第３のアーム５の先端には基準プレート２１が固設され
ており、後述する光センサ１２によって基準プレート２
１の位置を検知する。

なお、基準プレート２１はセンサ１２が検知可能で、か
つセンシング動作および研削作業の邪魔にならない大き
さであれば任意の大きさでよい、また、センシング動作
および研削作業時に位置ずれしたり変形しない材料のも
のを使用する。

また第３のアーム５の先端にはブラケット６が固定され
ており、第３のアーム５に対して、第３のアーム５の軸
に直交する面で［７１７’　に回動自在に装着している
。ブラケット６には軸７によりグラインダ８が支持され
、グラインダ８には切削工具である砥石９が取付けられ
ている。またワーク固定治具１０の上にワーク１１が固
定して載置されており、砥石９によって研削が行なわれ
る。

また、ワーク固定治具１０が取付けられている部分の側
方にはセンサ１２が配置されている。センサ１２はコ字
状の本体フレーム１３と本体フレーム１３の上下端に対
向して配置された投光部１４と受光部１５とからなる光
学式の位置センサである。センサ１２によって検出され
た電気信号の出力端は、電線１Ｂによってロボット１の
制御装置１７の信号入力端に接続している。制御装置１
７の出力端はロボット１の基塔２の中に設けられている
駆動装Ｍ（図示せず）に接続されている。

１８は電源装置で制御装置１７とグラインダ８に給電し
ている。

図中符号１３で示すものはロポッ１の座標系を示すｘ、
ｙ、ｚ軸であり、符号２０で示すものはロボット１の第
３のアーム５の先端中心を原点０とするロボット手首座
標系を示すｘ、ｙ、ｚ軸である。

第２図はロボット手首付近の拡大図で第３のアーム５の
先端中心０と砥石９の先端との位置偏差を原点Ｏを中心
とするベクトルで表し、これをツールオフセットベクト
ルＴとする。

第３図は第１図のロボットを模式的に表わしたものであ
るが、砥石位置検出センサ１２の付近に、ロボット座標
系１８によってセンシング開始点Ｐｓｔ　、センシング
終了点Ｐｅが設定され、またワーク固定治具１０付近に
研削作業原位置ＰＧが設定されている。そしてＰｓｔ　
、　Ｐｅ　、　ＰＧの空間的な位置関係は、制御装置１
７のメモリの中に記憶されている。

次に第４図〜第６図のフローチャートによって、自動研
削装置の操作および位置補正方法について説明する。第
４図は各異常検出機能を付加した場合のフローチャート
で、第５図第６図は基本動作ルーチンのフローチャート
である。

まず、研削作業中ロボットの第１のアーム３、第２のア
ーム４、第３のアーム５を動かして、センサ１２にて基
準プレート２１の位置の検出動作を行う（ステップ２２
）、この時センサ１２に異常があれば異常アラームとし
て終了する（２４）、検出動作は第５図に示すように、
基準プレート２１をセンサ１２手前（センシング開始点
Ｐ、ｓｔ　）に移動させ、すでにセンサ１２がオンをし
てしているときはエラとし、エラーの表示がなされる（
ステップ３６〜３８）、オンしていなければセンシング
終了点Ｐｅまで接近させてセンサが動作したときはロボ
ットの動作を一時停止させ、その停止位置のデータｐＳ
１をロボットコントローラ１７に取り込み記憶させる（
ステップ２２、ステップ３６〜４２）、読込んだら基準
プレート２１をセンサ１２から引き抜いてスタート地点
ＰＳｔまでもどす、この動作をくりかえし複数回平均を
とれば、検知は精度が向上する（ステップ４３）。

次に今の動作にて記憶した位ａＰｓｌ　　とあらかじめ
基準板２１をセンサ１２で検知した位置のデータＰｓｏ
との位置偏差δＳを演算する（ステップ２３）、このよ
うにδＳを求めることにより、ロボット１とセンナ１２
が相対的に位置ずれした場合にその量を求めることがで
きる。ずれ量δＳがあらかじめ設定した任意の値αと比
較しくステップ２５）、δＳがαより大きければ、セン
サ１２があるいはロポッ）１が大きく位置ずれしたもの
と判断し位置ずれララームとして処理する（ステップ２
７）、ずれ量δＳがαより小さい場合は、砥石９の先端
を検知する（ステップ２Ｂ）。

この検知動作は第６図に示すように、砥石先端９を光セ
ンサ手前（センシング開始点Ｐｓｔ　）に移動させ、す
でにセンサ１２がオンをしているときはエラとし、エラ
ーの表示がなされる（ステップ３８〜３Ｂ）、オンして
いなければ、センシング終了点Ｐｅまで接近させてセン
サ１２が動作したとぎは、ロボッ）ｌの動作を一時停止
させ。

その停止位置のデータＰＧｎをロボットコントローラ１
７に取り込み記憶させる（ステップ２６、ステップ４４
〜４９）、読込んだら砥石９をセンサ１２から引き抜い
てスタート地点Ｐｓｔまでもどす、この動作をくりかえ
し複数回平均をとれば、検知は精度が向上する（ステ、
プ５０）。

次に前回（ｎ−１回）と今回（ｎ回）の砥石９先端位置
ＰＧ（ｎ−１）とＰＧｎの位置偏差δＧを演算する（ス
テップ２８）　、　ＰＧ（ｎ　−１）は砥石９摩耗前の
砥石先端検知の位置とする。

このようにしてδＧを求めたら、摩耗量をあらかじめ設
定した任意の値βと比較する（ステップ２９）。

位置偏差δＧが任意の値βより大きければ砥石９割れ等
の異常ありと判断し摩耗過大アラームとして処理する（
ステップ３１）。

位置偏差δＧが任意の値βより小さければ次に、基準プ
レート検知位置Ｐｓｌ　と砥石先端位置ＰＧｎとの位置
偏差δｎを演算する（ステップ３０）。

次にδｎとあらかじめ設定した任意の設定値γを比較し
くステップ３２）、δｎがγ以下であれば砥石径が限界
値以下となったものと判断して砥石交換の指示をしくス
テップ３４）補正回数を初期状態にもどすためｎ＝ｏに
して終了する（ステップ３５）、砥石交換後は再び開始
よりスタートする。

また、δｎがγ以上であればツールオフセット量を補正
して（ステップ３３）終了する。

この場合補正方向がロボット手首座標のＸ方向に平行で
、センサ光軸４５と砥石面４Ｂとのなす角度がθ＝９０
°の場合、第７図に示すようにツールオフセットのＸ方
向の値をδｎ＋δｔｏとすればよい、ただしδｔｏはロ
ボット手首座標の中心から基準プレート２】までのＸ方
向の偏差であらかじめ計測をしておく、またδｔｏ＝　
Ｏとなるような位置に基準プレート２１を設置すれば演
算は容易となる。

また、センサ光軸４５と砥石４Ｂとのなす角度θが任意
の場合、第８図に示すように、ツールオフセットの補正
量δｎは δ’ｎ　＝匣＝’ｆｌＴ　ｃｏｓθ＝　（ｆｌ１７＋（
’１ｉ）ｃｏｓθ；　（δｐｚ＋δＧＺ＋Ｂｅ）ｃｏｓ
θδ′。

Ｈ−＋　ｇ　＝−、、、−（δｐｚ＋δＧＺ）　−（１
−１）（１）と（２）より δｎ−■（需−（δｐｚ＋δＧＺ）　）　　ｌ で表わされる。

但し、δＰＺ＋δＧ２はそれぞれロボット手首座標にお
けるＺ方向の座標値でありあらかじめ計測し、値をロボ
ット制御装置に記憶させておく　。

したがって任意の姿勢θで検知する場合は第６図の基本
動作ルーチンのステップ３２とステップ３３の間に（１
）式の演算を行うステップを挿入する。

（発明の効果） 以上説明したように本発明にかかる自動研削装置の位置
補正方法は、ロボットアームの先端の基準プレートをセ
ンサで検出した後、ロボットアームの先端の砥石の位置
をセンサで検出し、その後円検出値を演算比較するので
、砥石だけを検出する場合に比べてセンサの位置が正確
に把握できるとともに砥石の補正精度を高めることがで
きる。

また１本発明にかかる自動研削装置の位置補正装置は、
砥石を取付けたロボットアームの先端に基準プレートを
設け、該基準プレートをセンサに近づけて検出した検出
データと砥石の検出データとを比較して演算する装置を
設けた構成としたので、センナやロボットに位置ずれが
あった場合でも、基準プレートによって正しい位置が正
確に検知され、正しい位置に砥石を位置させることがで
きる。これによって砥石の摩純量に応じた正確な補正や
砥石交換の検知も正しく行なわれて精度の高い研削がで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例である自動研削装置の位置補正
装置の斜視図、第２図はロボットの手首付近を拡大して
示す側面図、第３図はロボット全体を模式的に表わした
側面図、第４図は各異常検出機能を付加した場合のフロ
ーチャート、第５図は基準プレートの基本動作ルーチン
のフローチャート、第６図は砥石の基本動作ルーチンの
フローチャート、第７図（イ）（ロ）は補正方向がロボ
ット手首座標のＸ軸方向に平行であることを示す手首付
近の側面図、第８図は補正方向の姿勢が任意のθの場合
を示すロボット手首付近の側面図である。 １・・・ロボット ５・・・ロボットアーム（第３０ボツトアーム）８・・
・グラインダ　　　９・・・砥石１２・・・センサ　　
　　　２１・・・基準プレート１７・・・制御装置 第１図 ム０ １　ロボット ５　ロボ・ノドアーム（第３のＯポヅトアーム）８　グ
ラインダ ９、肱石 １２　　でンプ １７□！ｌｌＩグレート ２１−Ｉ？ＩＷｖＲ１ 第２因 ○　　　　　　９ 第５図 第６図 第７図 （ロ）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ロボットアームの先端に基準プレートを設け、ロ
   ボット近傍に設置したセンサで、前記基準プレートの位
   置を検出し演算することによりロボットに対するセンサ
   の相対位置を把握し、つづいてロボットアーム先端の砥
   石先端位置をセンサで検知し、算出された基準プレート
   と砥石先端との差を相殺演算し、砥石の径を判断してロ
   ボットアームの先端基準点に対する砥石先端のツールオ
   フセットの相対位置を補正することを特徴とする自動研
   削装置の位置補正方法。
2. （２）前記センサで前記基準プレートを検出し、演算す
   ることにより把握したロボットに対するセンサの相対的
   位置とあらかじめ求めた相対位置と比較、演算し、前記
   センサの相対位置ずれを求め、ずれ量が所定値を超えた
   場 合に異常と判断し、処理する特許請求の範 囲第１項記載の自動研削装置の位置補正方 法。
3. （３）前記センサで検知したロボットアームの先端の砥
   石先端位置と、あらかじめ求めた砥石先端位置を比較演
   算し、砥石先端の位置ずれ量を求め、ずれ量が所定値を
   超えた場合に異常と判断し、処理する特許請求の範囲第
   １項記載の自動研削装置の位置補正方法。
4. （４）ロボットアームの先端にグラインダを取付け、該
   グラインダの砥石先端位置を検出するセンサを別に設け
   て、該センサの出力端を前記ロボットの制御装置の信号
   入力端に接続 し、砥石の位置補正を行う自動研削装置において、ロボ
   ットアームの先端に基準プレートを設け、前記センサに
   近づける装置と該センサの信号を制御装置に接続してそ
   の検出値を記憶する装置と、前記砥石先端の検出データ
   と前記基準プレートの検出データとの差を演算する装置
   とを設けたことを特徴とする自動研削装置の位置補正装
   置。