JPS6368354A - 自動研削装置の位置補正装置 - 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を行う自動研削
装置において、作業の進行によって発生する砥石の摩耗
債に応じて、研削装置の位置を３次元的に補正するよう
；こした、自動研削装置の位置補正装置に関するもので
ある。

（従来の技術） 研削装置ｉｆｉこよって研削を行う場合、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Ｊψ、化量に応じて、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、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用いられる。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、ロボットのアーム先端に家付けられた、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摩耗を検知して、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６１−０１８４００号参照）。

（発明が解決しようとする問題点） このように研削装置において、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、従来は砥石の直
径方向、あるいは砥石の作業姿勢の方向の一方向のみで
しか補正を行っていない。しかし砥石先端は３次元的に
摩耗するし、また砥石やグラインダを交換したときは、
砥石先端の形状は３次元的に変化する。よって一方向の
みの補正では、砥石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、砥石をセンサに近づけるが
、その速度が速いと、検出おくれのため砥石先端位置を
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点がある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上記の問題点を解決するための手段として、ロ
ボットのアーム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、前記
グラインダが取付けられている、ロボットアーム座標系
の、Ｘ軸、ｙ軸、２軸の３つの軸の方向に砥石を移動さ
せ、前記センサ１こ辷づける装置と、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。

また、ロボットが前記砥石をセンサに近づける速度を、
と速から低速に切換えるため、前記センサの手前に、グ
ラインダの位置検出手段を設けるようにしたものである
。

またロボットが前記砥石をセンサに近づける速度を、高
速から低速に切換える地点として、前記砥石が摩耗する
過程におけ・る、前回の砥石先端検出位置を、制御装置
内に記憶させた値として設定したものである。

（作用） 砥石先端の位置検出を砥石の直径方向あるいは砥石の作
条姿勢方向の一方向のみでなく、ロボットアーム座標系
のｌ’１ｇｚの３軸としたことにより、砥石の先端位置
が正確Ｉこ把握され、砥石の位置ずれにより不都合をお
こすことはない。

また砥石をセンサに近づける速度そセンサの手前で切換
えることにより、高速で近づけるため検出時間が短信さ
れ、センサ付近では低速となるため検出誤差が波束する
。

また、速度の切良位置として、前回砥石先端を検出した
位置を制御装置の中に記憶した値とすることにより、低
速でセンサに近づく距ａ＋最小とすることができ、一層
検出時間が短縮される。

（実施例） 以下本発明の実施例を図について説明する。

第１図に示すようにロボット１の基台１ａに、基塔２が
垂直軸のまわりにＩＩ’方向に回動自在に軸着している
。次にアーム３が水平軸のまわりに、塁亘′方向に回動
自在遥こ基塔２に軸着し、アーム４はアーム３をこ対し
て、アーム３の軸と直交する軸のまわりにＩ　Ｉ’方向
ｉこ回動自在Ｉこなるようアーム受４ａが、アーム３に
軸着し、かつアーム４は自身の勤のまわりをＩＶＩＶ’
方向に回動するよう、アーム受４ａにＦＬｉしている。

アーム５はアーム４の先端にアーム５がアーム４の軸に
直交する畑にｖ■′方向に回動自在；こ５着し、その先
端のブラケット６はアーム５に対して、アーム５の軸に
垂直な面で図の■）１７方向に回動自在に軸着している
。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１ｏの上に、ワーク１１が
固定して載置されており、砥石９１こよって研削が行わ
れる。

ロボット１がグライダ８を保持している、グライダ８の
定位置と、ワーク固定治具１ｏが汝付けられている部分
の側方ｉこは、砥石９の失地位置を検出するセンサ１２
が設けられている。

センサ１２はコ字状の本体１３の開口部を、グラインダ
８の定位置と、ワーク固定治具１ｏの方へ向けており、
コ字状の本体１３の開口部先端に、投光部１４と受光部
１５とを対向させた、光学式の位置センサである。セン
サ１２によって検知された電気信号の出力端は、電線１
６によってロボットの制御装置１１１７の信号入力端に
接続されている。制御装置１７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置（図示せず）に接
続されている。また電源装置１Ｂがあって、制御装置１
７とグラインダ８に給電している。

なお図中符号１９で示すものはロボット１の座標系のＸ
ｙ　’ｆｓ　Ｚ軸であり、符号２ｏで示すものは、ロボ
ット１のアーム５の先端中心Ｏを原点とするロボット手
首座標系のｘ、　ｙ、　ｚ軸である。第２図はロボット
手首座標系の拡大図で、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１９に
よって、センシング開始点Ｐｓｔ、センシング終了点Ｐ
ｅが設定され、またワーク固定治具１０の付近に、研削
作業原位置Ｐｃが設定されている。そしてＰｓｔ　ｐｅ
　Ｐａの空１間的な位置関係は、制御装置のメモリの中
に記憶されている。

次に第４図ないし第７図のフローチャートによって自動
研削における砥石位置補正装置の動作について説明する
。第４図はメインフローとして、まず砥石交換後の砥石
先端位置補正動作（ステップ２２）が行われる。そして
研削回数カウンタをリセットしくステップ２３）、研削
を行い（ステップ２４）、研削動作カウンタを１つ進め
る（ステップ２５）。研削動作が規定のカウントに達し
たら（ステップ２６）、砥石先端位置補正動作（ステッ
プ２７）を行う。次に砥石が摩耗の限界に達しているか
どうかをしらべ（ステップ２８）規定値に達していなけ
れば再び研削を行うが、規定値に達していれば砥石交換
（ステップ３０）を行い、もとの砥石交換後の砥石先端
位置補正動作に戻る。

砥石交換後の砥石先端位置補正動作を、第５図に示す。

これは砥石をセンサ１２に３方向から近づけて、砥石先
端位置を検出するものである。このため第２図、第３図
（こおけるロボット手首座標系で、ツールオフセットＴ
ｏを計測し、制御装置１７のメモリに記憶させる。また
砥石先端をＰｓｔからｒｅまで動作させ、センサ１２が
オンした点の座標Ｐｏを乙１」御装宣１７のメモリに記
憶させる。このようにすれば砥石交換後砥石先端位置が
ずれたとしても、砥石先端がセンサローチ方向Ｉことれ
だけずれたか（それをオフセットでとする）が計算で求
まり、その値を基準ツールオフセットＴｏに付加すれば
、その方向のずれ量が補正できる。

そのセンサアプローチ方向をロボット手首座標系のＸ軸
、ｙ軸、２軸の３方向に設定し、各々の方向に補正動作
をさせ、各アプローチ方向のずれ量ΔＸ、Δｙ、Δ２を
補正することＩこより３次元での砥石先端位置の補正を
行う。第５図のフローに従って動作を説明すると、第８
図に示すように砥石先端基準位置５０　（Ｐｘ、Ｐｙ’
、Ｐｚ　）に対し、交換後の砥石先端位置５１　（Ｐｘ
−Ｐｙ、Ｐｚ）がＸｓ　”！ｔ　Ｚ方向におのおのΔＸ
ΔｙΔ２だけずれているとする。こ＼で示す座標系はロ
ボット手首座標系２０である。まず砥石をセンサへ近づ
ける方向をａ方向に設定し、センサが検知した位置のｙ
成分を取！とする。たゾしａ方向はｙ軸と平行にとる。

同様にａとは反対方向のｂ方向からセンサへ近づけたと
きの砥石検知動作のＸ成分をｈとして、両者のＸ成分の
中間値Ｐ７を求めれば、砥石先端位置５１のＸ成分が求
まる。

次に砥石先端基準位置５０のＸ成分との差を求めること
により、Δｙが求まる。最後にΔｙを基準ツールオフセ
ットベクトルＴＯに加えればｙ方向の補正ができる（ス
テップ３１〜３８）。

次にＸ成分の補正については、第９図に示すようにＣ方
向にアプローチ方向を設定する。センサが検昶した位置
のＸ成分Ｐｘと砥石先端基準位置５０のＸ成分Ｐｘ’の
差ΔｘｉツールオフセットベクトルＴｐに付加すること
により補正を行う（ステップ５９Ｓ４２）。２成分につ
いては、Ｘ成分の補正と同様の補正を第１０図のように
して行う（ステップ４３〜４９）。以上のようにツール
オフセットを補正した後、砥石先端がセンサを遮断（セ
ンサオン）する位置Ｐ（０）を初期値として記憶する（
ステップ４７〜４８）。その後研削作業原位ｔｉｃに移
動しくステップ４９）、砥石交換後の砥石先端位負補正
動作のサブルチン２２は終了する。

砥石交換後の砥石先端位置補正動作サブルチン２２の中
の砥石検知動作（ステップ３２）のサブルチンは第６図
に示すもので、センサへ接近し、センサがオンになれば
一時停止する（ステップ５２〜５６）そこで位置データ
Ｐをよみこみ（ステップ５７）、センサから引抜いてス
タート地点Ｐｓｔまでもどることをくりかえす。

第４図のフローチャート中砥石先端位置補正動作のサブ
ルチン２７の動作を第７図のフローチャートによって示
す。こ＼ではロボットが砥石をセンサ１２に接近させる
速度を高速ＶＨ，低速Ｖｊの２様に設定しておき、ロボ
ット制御装置１７の中に記憶させておく。また第７図の
フローチャートの主なステップの状態を第１１図ａ〜第
１１図ｄに示す。

はじめに接近速度を高速ＶＨに設定してセンサ１２の投
光部１４と受光部１５の対向している方向に近づける（
ステップ６０．第１１ａ図）。

砥石先端がセンサ手前のセンシング開始位置Ｐｓｔに到
達したら（ステップ６０）、こ−で接近速度を高速ＶＨ
から低速ＭＬに切換える。しかしこ＼で速度を切換える
のは、砥石交換を行った時だけで、一般にはこ＼で速度
を切換えず、第１１図すに示す、前回の砥石先端検出位
置ＰＮまでさらに前進させる（ステップ６１）。そこで
速度を低速に設定しくステップ６２）低速でセンサへ接
近させる（ステップ６３）。そこでエラーがあれば中１
トするが、そうでなけれはセンサがオンになるまで進み
（第１１図Ｃ）、センサがオンになったら一時停止する
（ステップ６４〜６７、第１１図ｄ）。そこでセンシン
グされた位置Ｐ　（Ｎ＋１　）を読込み、それ七初期位
置Ｐ（０）とのずれを計算する（ステップ６８〜６９）
。ずれ量０が規定値以下ならば、ツールオフセットを補
正しくステップ７０〜７１）、補正回数をカウントし、
高速設定して高速で研削作業原位置ｐａへ移動しくステ
ップ７２〜７５）、’ｌｚＡ図のステップ２９または２
６に戻る。

ステップ７０のずれ量０が規定値以上か以下か、の判断
は第４図における砥石摩耗限界かの判断と同じものであ
る。

ステップ７０のずれ量０が規定値以上ならば砥石交換表
示を行い砥石交換地点Ｐｃへ移動する。そこで砥石交換
を行って、研削作業原位置Ｐａへ移動する（ステップ７
４−７６）。そして第４図の２２へ戻る。

砥石先端をセンサに接近させる速度を高速■から低速Ｍ
Ｌに切換えるのは、高速で接近させると検出の精度が低
くなり、また低速で全部の工程を移動させると時間がか
−りすぎるからである。

ロボットがセンサ信号を取込む作業は連続的ではなく一
定の４１秒ととＥこ行われる。このためセンサ１２から
の信号を、ロボット制御装置１７が受取るまでにΔＴｓ
ｅｃのばらつきを生ずる。よってセンサへの接近速度を
ＶＬ（ｍ／５ｅｃ）とすれは、このセンサと制御装置に
よる総合検出誤差ΔＬは １Ｌ＝Ｖｘ、Ｘ　　ＡＴ　＋　　Δ１　　　　　　　　
　　　　（１）となる。このように、検出誤差と接近速
度Ｖｊとは上記のような関係があるので、検出誤差ΔＬ
を使用要求におさめるようにＶＬを決定する必要力する
。なおΔノはロボット動作時の振動などによる誤差、ロ
ボットがセンサ信号を受取ってから動作を停止させるま
での減速時間を必要とするための遅れや、サーボおくれ
などの誤差要因を総合した誤差である。Δｌの値は、最
初に砥石先端をセンシングしたとき（Ｎ−０のとき）と
毎回のセンシング時の接近速度ＶＬを同一速度にすれば
、減速時間分の遅れやサーボ遅れを補正時に相殺するこ
とができ、最小限にすることができ、従ってΔＬも最小
限のものとなる。

よってＶＬを（１）式の要求を満たす範囲で最高の速度
とじＶＨをロボットが出せる最高速度に設定すれば、砥
石元気の補正時間は最短にすることができる。

（発明の効果） 本発明は上記のような構成と作用を有するので、砥石の
先端の位置ずれがあった場合でも、これを３次元的に補
正して、正しい位置に砥石先端を位置させることができ
、精度の高い研削ができる。これによって砥石自身の寸
法のばらつき、グラインダの取付誤差を吸収して正しい
位置に位置させることができるので、直径や厚さの異る
砥石町 を、取付位置の補正なしに使用することができる。

また砥石先端位置の検出精度を低下させず最短時間で砥
石位置の補正を行うことができ、研削作業に対するロス
タイムを最小限にすることができ、研削作業の能率が向
上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は研削用ロボットに本発明の制御装置をとりつけ
たものの斜視図、第２図はロボット手首座標系を示す側
面図、第３図はロボット全体と制御地点を示す模式的側
面図、第４図は制御のメインフローを示すフローチャー
ト、第５図は砥石交換後の砥石先端位置補正動作サブル
チンのフローチャート、第６図は砥石検知動作サブルチ
ンのフローチャート、第７図は砥石先端位置補正動作サ
ブルチンのフローチャート、第８図ａ、ｂは砥石位置の
ｙ方向の検知動作を示す平面図および側面図、第９図ａ
、ｂは砥石位置のＸ方向の検知動作を示す平面図および
側面図、第１０図ａｂは砥石位置の２方向の検知動作を
示す側面図および平面図、第１１図ａ、　ｂ、　Ｃ，ｄ
は砥石先端がセンサに近づく模様を示す側面図である。 １・・・ロボット ３．４．５・・・ロボットアーム ８・・・グラインダ °　９・・・砥石 １２・・・センサー １６・・・ケーブル １７・・・ロボット制御装置 ２０・・・ロボット手首座標系 特許出願人　トヨタ自動車株式会社 代理人　弁理士　萼　　　優　美（は刀）２名）第１図 ａ １−口出゛・リド ３．４．５−０庄ζ、ノドアーム ８−７ライ〉９゛ ９　ふ６ １２　ロレブ １６　グープル １７　口／′ｒ１゛・ソトセ１」１り双１２０口出”、
、、　）−子１彦標爪 第２図 第６図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ロボットのアーム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、前記グラインダが取付けられている、ロボットアー
   ム座標系の、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の３つの軸の方向に砥石
   を移動させ、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たことを特徴とする自
   動研削装置の位置補正装置。
2. （２）前記ロボットが前記砥石を前記センサに近づける
   速度を高速から低速に切換えるため、前記センサの手前
   に、グラインダの位置検出手段を設けたことを特徴とす
   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
   装置。
3. （３）前記ロボットが前記砥石をセンサに近づける速度
   を、高速から低速に切換える地点として、前記砥石が摩
   耗する過程における、前回砥石先端検出位置を、制御装
   置内に記憶させた値として設定したことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の自動研削装置の位置補正装置
   。