JPWO2011042938A1

JPWO2011042938A1 - 倣い加工装置

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Publication number: JPWO2011042938A1
Application number: JP2010541630A
Authority: JP
Inventors: 田中　章夫; 章夫田中; 盛雄野口; 良幸渡辺
Original assignee: NIHON SHORYOKU CO., LTD.
Current assignee: NIHON SHORYOKU CO., LTD.
Priority date: 2009-10-09
Filing date: 2009-10-09
Publication date: 2013-02-28
Anticipated expiration: 2029-10-09
Also published as: EP2471638A1; EP2471638A4; CN102510794B; CN102510794A; EP2471638B1; ES2658264T3; JP4799697B2; WO2011042938A1

Abstract

ワークの倣い面が連続的もしくは断続的に変化する場合でも、倣い部材を倣い面に正確に沿わせることができ、倣いながらの切断を可能とした倣い加工装置を提供する。ウォーター又はレーザーのノズル本体１３にステーを介してワーク５１の倣い面５１Ａに当接する一対の倣い部材３３Ａ，３３Ｂを取り付け、一対の倣い部材３３Ａ，３３Ｂとノズル本体１３のノズル先端１３Ａとの位置関係を、該ワークの倣い面５１Ａの形状に関連させて変位させる変位手段１７を備えた。

Description

本発明は、ウォーター又はレーザーによる倣い加工装置に関する。

例えば、航空機や自動車の部品などに使用される炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）などの成形製品において、該成形製品の表面に現れた端材又はバリを除去する倣い加工装置が知られている。ここで端材とは、製品を成形する際に、製品より一回り大きな原反を使用し、成形後に余分な部分を切り落とす、その部分のことであり、製品外やスクラップとも呼称される。近年では、上記ＣＦＲＰは鋼板材料の代替品として、とくに自動車メーカが車体軽量化のため、ボデイ等の構造材にも使用するようになっており、該材料の存在感が増してきている。
この種の加工装置では、例えばロボットのアームに、ウォーター又はレーザーなどのノズル本体を取り付けると共に、ノズル本体にワークの倣い面に当接する倣い部材を取り付け、アーム動作に応じてノズル本体を操作して、ノズル本体のノズル先端から出力されるウォーター又はレーザーにより、バリを切断することが一般的に行われている（例えば、特許文献１参照。）。

実開平５−１２１００号公報

しかしながら、従来の構成では、ノズル本体のノズル先端と倣い部材との位置関係が固定的であり、例えばワークの倣い面が、一様でなく、倣い面が、形態を含めて連続的もしくは断続的に大きく変化する場合などには、倣い部材を倣い面に正確に沿わせることができず、倣いながらの切断ができなくなる。

そこで、本発明の目的は、例えば、ワークの倣い面が連続的もしくは断続的に変化する場合でも、倣い部材を倣い面に正確に沿わせることができ、倣いながらの切断を可能とした倣い加工装置を提供することにある。

本発明は、ウォーター又はレーザーを出力するノズル本体にワークを倣う倣い部材を取り付け、この倣い部材でワークを倣いながらノズル本体からのウォーター又はレーザーでワークを切断する倣い加工装置において、前記倣い部材と前記ノズル本体との位置関係を変位させる変位手段を備えたことを特徴とする。
この場合、前記倣い部材が倣いローラーであってもよい。
この発明では、変位手段が、倣い部材とノズル本体との位置関係を変位させるため、倣い部材をワークに沿わせつつ、ノズル本体からウォーター（又はレーザー）を出力し、ワークに形成された端材やバリなどを容易に切断できる。

前記変位手段がアクチュエーターを備え、このアクチュエーターが、前記倣い部材と前記ノズル本体との位置関係を、ワークの形状に関連させて変位させてもよい。
前記倣い部材を複数備え、複数の倣い部材を倣いヘッドに支持し、この倣いヘッドをワークの形状に関連させて首振り自在に形成してもよい。
この構成では、前記倣い部材と前記ノズル本体との位置関係を、ワークの形状等に関連させて変位させれば、ワークが、一様でなく、例えば直線部や、凹凸部などを、連続的もしくは断続的に繰り返して変化するような場合であっても、倣い部材を容易に沿わせることができる。従って、倣い部材を、ワークに簡単に沿わせつつ、ノズル本体のノズル先端からウォーター（又はレーザー）を出力し、ワークに形成された端材やバリなどを容易に切断できる。

前記変位手段がオフセット調整ネジを備え、このオフセット調整ネジにより、ノズル本体によるワークの切断位置をオフセット自在に形成してもよい。
この構成では、ノズル本体によるワークの切断位置をオフセット自在としたため、オフセット調整により任意の位置を切断できる。
また、ウォーター又はレーザーを出力するノズル本体にワークを倣う倣い部材を取り付け、この倣い部材でワークを倣いながらノズル本体からのウォーター又はレーザーでワークを切断する倣い加工装置において、前記ワークを両側からガイドするように、ウォーター又はレーザーの出力方向に沿って、複数の倣い部材を配列し、前記倣い部材間の距離を変位させる変位手段を備えてもよい。
前記倣い部材がワークを転動する倣いローラーであってもよい。

本発明では、変位手段が、倣い部材とノズル本体との位置関係を変位させるため、倣い部材を、ワークに沿わせつつ、ノズル本体からウォーター（又はレーザー）を出力し、ワークに形成された端材やバリなどを容易に切断できる。

Ａは本実施の形態を示す正面図、Ｂは底面図、Ｃは側面図である。Ａは倣いヘッドの側面図、Ｂ及びＣは平面図である。Ａ及びＢは倣いヘッドの平面図である。別の実施の形態を示す図であり、Ａは別実施の形態を示す正面図、Ｂは底面図、Ｃは側面図である。Ａは図４Ａの側面図、Ｂは倣い部材の離間を示す図である。別の実施の形態の要部拡大図である。別の実施の形態を示す図であり、Ａは別実施の形態を示す正面図、Ｂは底面図、Ｃは側面図、Ｄはオフセット状態を示す図である。Ａ〜Ｄはそれぞれオフセット状態を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施の形態を説明する。
図１Ａにおいて、１は多関節ロボットのアームを示し、このアーム１の先端１Ａには、フローティング機構３が配置されている。フローティング機構３は、アーム１の先端１Ａに固定された基部３Ａを有し、この基部３Ａには、リニアベアリング５を介して矢印Ｘ１及び矢印Ｘ２の双方向にスライド可能なスライダー７が支持され、スライダー７には、図１Ｃに示すように、左右一対のエアーシリンダー９，９が連結されている。このエアーシリンダー９，９の動作で、スライダー７は、エアー圧により、常時、矢印Ｘ１の方向に押圧され、矢印Ｘ２方向にエアー圧以上の圧力が作用すると、スライダー７が押し返され、すなわち、フローティング状態となる。

スライダー７にはステー１１が固定され、ステー１１の図中前縁には、ウォーター切断用（又はレーザー切断用）のノズル本体１３が、図中で上下に間隔δ１をあけて、二点で支持されている。また、ステー１１には、図中で下縁に支持プレート１５が固定されており、支持プレート１５には、サーボモーター１７が固定されている。
このサーボモーター１７の出力軸１７Ａは、カップリング１９を介してボールスクリュー２１に連結され、ボールスクリュー２１には、スクリューナット２３を介してスライダー２５が連結されている。
これらが変位手段を構成する。

このスライダー２５は、リニアベアリング２７に噛み合い、リニアベアリング２７は支持プレート１５に固定されている。
スライダー２５の先端には、図１Ｂに示すように、ピン２９を介して略Ｕ字状の倣いヘッド３１が首振り自在に支持され、倣いヘッド３１の両端部には、ワーク５１の倣い面５１Ａに当接し、転動する一対の倣いローラー（カムフォロアー）３３Ａ，３３Ｂが、所定の間隔δ２をあけて軸支されている。
一対の倣いローラー３３Ａ，３３Ｂの間には、ノズル本体１３のノズル先端１３Ａが位置しており、倣いローラー３３Ａ，３３Ｂでワーク５１の倣い面５１Ａを倣いながら、ノズル先端１３Ａからウォーター（又はレーザー）を出力し、ワーク５１に一体に形成されたバリ（又は端材）５１Ｂを切断して除去する。

図２Ａは倣いヘッドの側面図、図２Ｂ及び図２Ｃは同平面図である。
スライダー２５の先端には、基台３０を介して受け台３２が固定され、この受け台３２にはベアリング３４を介して倣いヘッド３１が係合し、この倣いヘッド３１がピン２９を介して首振り自在に支持されている。
ベアリング３４は曲面で形成されており、その円弧半径Ｒがノズル本体１３のノズル先端１３Ａを中心とした半径となる曲面である。
この実施の形態では、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、ワーク５１の倣い面５１Ａが直線部Ｌ１の場合、サーボモーター１７の機能を停止し、ノズル先端１３Ａの位置に対する一対の倣いローラー３３Ａ，３３Ｂの位置（寸法Ｗ１）を固定し、フローティング機構３の推進力で、倣いローラー３３Ａ，３３Ｂを、ワーク５１の倣い面５１Ａに押圧し倣いながら、ノズル先端１３Ａからウォーター（又はレーザー）を出力し、ワーク５１に一体に形成された、例えばバリ（又は端材）５１Ｂを切断する。
ワーク５１の倣い面５１Ａが、図２Ｃに示すように、傾いた直線部Ｌ２であれば、この傾きに応じ、倣いヘッド３１がピン２９の回りを首振りし、一対の倣いローラー３３Ａ，３３Ｂが、傾いた直線部Ｌ２を倣う。
そして、倣いローラー３３Ａ，３３Ｂでワーク５１の倣い面５１Ａを倣いながら、ノズル先端１３Ａからウォーター（又はレーザー）を出力し、ワーク５１に一体に形成されたバリ（又は端材）５１Ｂを切断する。

また、この構成では、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、ワーク５１の倣い面５１Ａの形態に応じて、一対の倣いローラー３３Ａ，３３Ｂと、ノズル本体１３のノズル先端１３Ａとの位置関係（寸法Ｗ２、寸法Ｗ０）が、サーボモーター１７の機能により相対的に変位する。なお、これらの場合において、倣い面５１Ａに対する切断位置は一定である。ワーク５１の倣い面５１Ａが、図３Ａに示すように、例えば、略９０°の内側曲面（内Ｒ）であれば、サーボモーター１７が逆回転し、ボールスクリュー２１を介してスライダー２５を後退し、一対の倣いローラー３３Ａ，３３Ｂが後退する。
そして、倣いローラー３３Ａ，３３Ｂでワーク５１の内Ｒの倣い面５１Ａを倣いながら、ノズル本体１３のノズル先端１３Ａからウォーター（又はレーザー）を出力して、ワーク５１に一体に形成されたバリ５１Ｂを切断する。

また、ワーク５１の倣い面５１Ａが、図３Ｂに示すように、例えば、略９０°の外側曲面（外Ｒ）であれば、サーボモーター１７が正回転し、ボールスクリュー２１を介してスライダー２５を前進し、一対の倣いローラー３３Ａ，３３Ｂを前進させる。
そして、倣いローラー３３Ａ，３３Ｂでワーク５１の外Ｒの倣い面５１Ａを倣いながら、ノズル本体１３のノズル先端１３Ａからウォーター（又はレーザー）を出力して、ワーク５１に一体に形成されたバリ５１Ｂを切断して除去する。
サーボモーター１７は、ロボットティーチングで記憶した、ワーク５１の倣い面５１Ａの形態に関する制御データー（不図示）に従って正逆回転される。

この実施の形態では、適宜のエアー圧力で作動するフローティング機構３を有したため、倣いローラー３３Ａ，３３Ｂを、ワーク５１の倣い面５１Ａに適宜のエアー圧力で押圧でき、倣い面５１Ａを簡単に倣うことができる。
また、この構成では、ワーク５１の倣い面５１Ａが、一様でなく、例えば、倣い面５１Ａが、図２の直線部、又は図３の形態などを、連続的もしくは断続的に繰り返して変化するような場合であっても、サーボモーター１７の機能により、一対の倣いローラー３３Ａ，３３Ｂを、倣い面５１Ａに容易に沿わせることができる。
従って、倣いローラー３３Ａ，３３Ｂを、倣い面５１Ａに簡単に沿わせつつ、ノズル本体１３のノズル先端１３Ａからウォーター（又はレーザー）を出力し、ワーク５１に形成されたバリ５１Ｂを容易に切断できる。

この実施の形態では、ワーク５１の倣い面５１Ａが、ノズル先端１３Ａの延長線上を延びており、この倣い面５１Ａに対し、一対の倣いローラー３３Ａ，３３Ｂが当接し、倣い面５１Ａ上を転動する。従って、倣い面５１Ａの図中の下側に張り出して存在するバリ５１Ｂの切断などに好適である。

図４は、別の実施の形態を示している。
図４Ａにおいて、４１は多関節ロボットのアームを示し、このアーム４１の先端４１Ａには、フローティング機構４３が固定されている。
フローティング機構４３は、アーム４１の先端４１Ａに固定された基部４３Ａを有し、この基部４３Ａには、リニアベアリング４５を介して矢印Ｘ１及び矢印Ｘ２の双方向にスライド可能なスライダー４７が支持され、スライダー４７には、図４Ｃに示すように、左右一対のエアーシリンダー４９，４９が連結されている。このエアーシリンダー４９，４９の動作で、スライダー４７は、エアー圧により、常時、矢印Ｘ１の方向に押圧され、矢印Ｘ２方向にエアー圧以上の圧力が作用すると、スライダー４７が押し返され、すなわち、フローティング状態となる。

このスライダー４７にはステー６１が固定され、このステー６１の図中前縁には支持プレート６２が固定され、この支持プレート６２には、ウォーター切断用（又はレーザー切断用）のノズル本体６３が、図中で上下に間隔δ１をあけて、支持体６４及び支持体６５の二点で支持されている。ノズル本体６３のノズル先端６３Ａは、図６に示すように、支持体６５を貫通し、キャップ６６内側を延出し、倣いローラー（倣い部材）７１の貫通孔７１Ａ内に終端する。
この倣いローラー７１は、ノズル先端６３Ａの軸線回りを回転自在に、キャップ６６に取り付けられ、この倣いローラーと一対を成す倣いローラー７３は、ノズル先端６３Ａの軸線回りを回転自在に、支持体７４に取り付けられている。倣いローラー７３は、軸方向の貫通孔７３Ａを有し、ノズル本体６３のノズル先端６３Ａから出力されたウォーター（又はレーザー）が、倣いローラー７１の貫通孔７１Ａを通り、後述するワーク５３のエッジ５３Ｅを切断した後、倣いローラー７３の貫通孔７３Ａ、及び支持体７４の貫通孔７４Ａを経て排出される。
この構成では、各倣いローラー７１，７３の軸線が、ウォーター（又はレーザー）の出力線と一致したが、これに限定されず、各倣いローラー７１，７３は、ワーク５３を両側からガイドするように、ウォーター（又はレーザー）の出力方向に沿って配列されればよく、各軸線はずれてもよい。

上記支持体７４は、図６に示すように、スライダー７５に固定され、スライダー７５は、リニアベアリング７６に噛み合い、リニアベアリング７６は、支持プレート６２に固定されたプレート７７に固定される。
支持プレート６２には、サーボモーター（変位手段）７９が固定され、このサーボモーター７９の出力軸７９Ａは、回転板８１に固定されている。回転板８１には偏心カムフォロアー８２が支持され、偏心カムフォロアー８２が、図５Ａに示すように、スライダー７５の把持部７５Ａ，７５Ａの間に嵌合される。

サーボモーター７９は、ロボットティーチングで記憶した、ワーク５３の倣い面５３Ａの形態に関する制御データーに従って正逆回転される。このサーボモーター７９が回転すると、回転板８１が回転し、偏心カムフォロアー８２が回転し、把持部７５Ａ，７５Ａを介してスライダー７５が図中上下動する。例えば、図５Ｂに示すように、サーボモーター７９が正回転すると、倣いローラー７１，７３の間が広がり、サーボモーター７９が逆回転すると、その間が狭まる。
この構成では、ロボットティーチングの情報に従い、倣いローラー７１，７３の間が離間し、ワーク５３の倣い面５３Ａに従う倣いが可能となるため、倣い面５３Ａが一様でなく、その形態が変化する場合であっても、倣いローラー７１，７３を、ワーク５３の倣い面５３Ａに簡単に沿わすことができる。

この実施の形態では、図６に示すように、一対の倣いローラー７１，７３の間にワーク５３が支持され、ワーク５３の倣い面５３Ａ上を、一対の倣いローラー７１，７３が転動するため、倣いローラー７１，７３を、倣い面５３Ａに沿わせつつ、ノズル本体６３のノズル先端６３Ａからウォーター（又はレーザー）を出力して、ワーク５３のエッジ（又は端材）５３Ｅを正確に切断できる。
また、倣いローラー７１，７３が、ノズル本体６３の軸方向に配列されると共に、一方の倣いローラー７１には、ノズル本体６３のノズル先端６３Ａが臨む貫通孔７１Ａが設けられ、この一方の倣いローラー７１に対し、他方の倣いローラー７３が、サーボモーター７９の機能により離間自在である。
従って、ワークの面取り量が変化する場合に追従が可能であり、倣い面５３Ａが一様でなく、形態が変化しても、或いは、面取り量が部位毎に変化するときに、倣いローラー７１，７３を、ワーク５３の倣い面５３Ａに簡単に沿わすことができ、倣いローラー７１，７３をワークに沿わせつつ、ノズル先端６３Ａからレーザーを出力して、ワーク５３のエッジ５３Ｅを正確に切断できる。

図７及び図８は、別の実施の形態を示す。
なお、図１と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
上記実施の形態では、倣い面５１Ａに対する切断位置は一定であったが、この実施の形態では、倣い面５１Ａに対する切断位置をオフセット自在である。
支持プレート１５には、オフセット調整ネジ１００を介して、倣いヘッド１０１が、矢印Ｘ方向に移動自在に取り付けられている。倣いヘッド１０１は、図７Ｂに示すように、略Ｌ字状に形成され、その先端部には、単一の倣いローラー（倣い部材、カムフォロアー）１０２が支持されている。倣いローラー１０２は、図７Ａに示すように、ワーク５１の倣い面５１Ａに当接し、その面５１Ａを転動しながら、ノズル本体１３のノズル先端１３Ａからウォーター（又はレーザー）を出力し、ワーク５１に一体に形成されたバリ（又は端材）５１Ｂを切断して除去する。倣いローラー１０２の位置Ａ，Ｂは、オフセット調整ネジ１００の手動による調整によって、ノズルの先端１３Ａを基準にして、自由にオフセットが自在であり、例えば、図７Ｄに示すように、倣いローラー１０２の位置を、ノズル先端１３Ａを越えて、前方にオフセットすれば、倣いローラー１０２の位置より手前のバリ（又は端材）５１Ｂを切断できる。
このオフセットは、例えば、図８Ａ〜図８Ｄに示すように、バリ（又は端材）５１Ｂの切断位置に応じて、手動により実行されるが、図示を省略したアクチュエーター等を用いて、自動で実行することが可能である。
図８Ａ及び図８Ｂでは、ワーク５１の倣い面５１Ａが直線部であり、図８Ｃでは、倣い面５１Ａが内Ｒであり、図８Ｄでは、倣い面５１Ａが外Ｒである。これらの場合には、倣いローラー１０２を適宜の位置にオフセットさせることで、倣いローラー１０２の手前、又は前方を自由に切断可能である。

以上、一実施の形態に基づいて、本発明を説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、上記実施の形態の説明では、複数の倣いローラーを含む場合、一対の倣いローラーで説明したが、一対に限定されず、それ以上の複数であってもよい。また、ワークのバリ切断だけではなく、ワークの寸法取りなどの切断にも、これを適用できることは云うまでもない。

１，４１多関節ロボットのアーム
３，４３フローティング機構
９，４９エアーシリンダー
１１，６１ステー
１３，６３ノズル本体
１３Ａ，６３Ａノズル先端
１７，７９サーボモーター（変位手段）
２５スライダー
３１倣いヘッド
３３Ａ，３３Ｂ，７１，７３倣いローラー
５１ワーク
５１Ａ倣い面
５１Ｂバリ

本発明は、ウォーター又はレーザーを出力するノズル本体にワークを倣う倣い部材を取り付け、この倣い部材でワークを倣いながらノズル本体からのウォーター又はレーザーでワークを切断する倣い加工装置において、ロボットのアームの先端にフローティング機構を設け、前記フローティング機構のスライダーに前記ノズル本体と、前記ワークを倣う倣い部材とを設け、前記倣い部材を前記ノズル本体に向けて進退自在に構成し、前記倣い部材と前記ノズル本体との位置関係を変位させる変位手段を備えたことを特徴とする。
この場合、前記倣い部材が倣いローラーであってもよい。
この発明では、変位手段が、倣い部材とノズル本体との位置関係を変位させるため、倣い部材をワークに沿わせつつ、ノズル本体からウォーター（又はレーザー）を出力し、ワークに形成された端材やバリなどを容易に切断できる。

前記変位手段がオフセット調整ネジを備え、このオフセット調整ネジにより、ノズル本体によるワークの切断位置をオフセット自在に形成してもよい。
この構成では、ノズル本体によるワークの切断位置をオフセット自在としたため、オフセット調整により任意の位置を切断できる。
また、ウォーター又はレーザーを出力するノズル本体にワークを倣う倣い部材を取り付け、この倣い部材でワークを倣いながらノズル本体からのウォーター又はレーザーでワークを切断する倣い加工装置において、ロボットのアームの先端にフローティング機構を設け、前記フローティング機構のスライダーに前記ノズル本体と、前記ワークを倣う複数の倣い部材とを設け、前記複数の倣い部材は前記ワークを両側からガイドするように、ウォーター又はレーザーの出力方向に沿って配列し、前記倣い部材間の距離を変位させる変位手段を備えてもよい。
前記倣い部材がワークを転動する倣いローラーであってもよい。

Claims

ウォーター又はレーザーを出力するノズル本体にワークを倣う倣い部材を取り付け、この倣い部材でワークを倣いながらノズル本体からのウォーター又はレーザーでワークを切断する倣い加工装置において、
前記倣い部材と前記ノズル本体との位置関係を変位させる変位手段を備えたことを特徴とする倣い加工装置。
前記倣い部材がワークを転動する倣いローラーであることを特徴とする請求項１に記載の倣い加工装置。
前記変位手段がアクチュエーターを備え、このアクチュエーターが、前記倣い部材と前記ノズル本体との位置関係を、ワークの形状に関連させて変位させることを特徴とする請求項１又は２に記載の倣い加工装置。
前記倣い部材を複数備え、複数の倣い部材を倣いヘッドに支持し、この倣いヘッドをワークの形状に関連させて首振り自在に形成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の倣い加工装置。
前記変位手段がオフセット調整ネジを備え、このオフセット調整ネジにより、ノズル本体によるワークの切断位置をオフセット自在に形成したことを特徴とする請求項１に記載の倣い加工装置。
ウォーター又はレーザーを出力するノズル本体にワークを倣う倣い部材を取り付け、この倣い部材でワークを倣いながらノズル本体からのウォーター又はレーザーでワークを切断する倣い加工装置において、
前記ワークを両側からガイドするように、ウォーター又はレーザーの出力方向に沿って、複数の倣い部材を配列し、前記倣い部材間の距離を変位させる変位手段を備えたことを特徴とする倣い加工装置。
前記倣い部材がワークを転動する倣いローラーであることを特徴とする請求項６に記載の倣い加工装置。