WO2014054802A1

WO2014054802A1 - 面直倣い機構、これを備えた加工装置および加工方法

Info

Publication number: WO2014054802A1
Application number: PCT/JP2013/077164
Authority: WO
Inventors: 智宏二瓶; 隆大稲垣; 健一鶴田; 陽介池田; 勇気月岡
Original assignee: 三菱重工業株式会社
Priority date: 2012-10-05
Filing date: 2013-10-04
Publication date: 2014-04-10
Also published as: JP2014073571A

Abstract

加工物の形状に左右されることなく、簡素且つ安価な構成により、加工軸の軸線を加工物との接触点における法線に沿わせて精度良く加工可能にする。本発明に係る加工装置は、加工物（２）を固定する治具枠と、加工機（４）を支持する加工機支持体と、治具枠と加工機支持体とを切り離し可能に連結する連結部と、治具枠と加工機支持体とが連結部により連結された状態で、加工機（４）の加工軸（２４）の軸線ＣＬを加工物（２）に指向させ、且つ加工機（４）を加工機支持体に対して座標位置調整する座標位置調整部と、加工軸（２４）の軸線ＣＬを、加工軸（２４）が接触する加工物（２）の加工接触点Ｐを中心に、加工接触点Ｐを通る法線ＮＬに沿わせる面直倣い機構（３０）と、を具備してなる。

Description

面直倣い機構、これを備えた加工装置および加工方法

　本発明は、加工物の表面に加工軸を突き当てて各種の加工を行う場合に、加工軸の軸線を加工物表面の加工接触点を通る法線に沿わせるようにした面直倣い機構、これを備えた加工装置および加工方法に関する。

　従来、航空機の翼や胴体等に用いられる、大型で湾曲した板材等の加工物に穴開け加工等を施す加工装置として、特許文献１に開示されているものがある。この加工装置は、ワーク（加工物）を固定するサポートアッセンブリー（治具枠）と、キャスター等により移動可能であるとともに、前記サポートアッセンブリーに対して係合部を介して連結されるサポートフレーム（加工機支持体）と、前記サポートフレームに設置され、サポートフレームに対してＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に移動可能なツール（加工機）と、数値制御（ＮＣ：Numerical Control）により前記ツールの位置を制御する制御装置と、を備えている。

　この加工装置において、航空機の翼のような複合曲面（ダブルコンター）への穴開け加工等を行う場合には、ツールの軸線がワークの加工点における法線に沿うようにツールの姿勢が数値制御され、加工が行われる。

米国特許第５８３６０６８号明細書

　しかしながら、上記特許文献１の構成では、数値制御装置による加工機の姿勢制御が必須であるため、数値制御装置を始めとする各種の設備が高価であり、初期投資費用が高くなることに加えて、加工を開始する前に数値制御装置に数値を入力するプログラム作業に時間を要するという課題があった。特に、複合曲面の法線に加工機の軸線を沿わせる制御は困難であり、上記課題を助長するものであった。しかも、加工装置の構成が複雑になるため、故障頻度が高い上に、メンテナンス性が悪いという問題もあった。

　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、数値制御装置を用いることなく、簡素且つ安価な構成により、加工軸の軸線を加工物との接触点における法線に沿わせて精度良く加工することができる面直倣い機構、これを備えた加工装置および加工方法を提供することを目的とする。

　上記課題を解決するために、本発明に係る面直倣い機構、これを備えた加工装置および加工方法は、以下の手段を採用する。

　本発明に係る面直倣い機構は、加工機の加工軸の軸線が、該加工軸により加工される加工物の加工接触点を通る法線に沿うように、前記加工軸を、前記加工接触点を中心に回動させることを特徴とする。

　この構成によれば、面直倣い機構によって加工軸の軸線が加工接触点を通る法線に沿わされるため、加工物の表面形状が湾曲面や斜面等であっても、その形状に左右されることなく、高い加工精度を得ることができる。面直倣い機構は、加工軸の軸線を、加工物表面の加工接触点を通る法線に沿わせるように構成すれば良いため、数値制御装置を用いることなく、簡素且つ安価に構成することができる。

　前記面直倣い機構のより好適な例としては、前記加工接触点を挟んで対向するように前記加工機に設けられた少なくとも２つの距離判定部と、前記加工物の表面に対する前記加工軸の角度を変更する角度変更アクチュエータと、前記距離判定部から入力される距離判定信号に基づいて、複数の前記距離判定部と前記加工物との距離が等距離になるまで前記角度変更アクチュエータを駆動する制御部と、を具備したものが考えられる。

　この構成によれば、距離判定部として安価な接触センサーや光学センサー等を適用することができる。また、複数の距離判定部から入力される距離判定信号に基づいて加工軸の実際の角度が把握され、これら複数の距離判定部と加工物との距離が等距離になるまで角度変更アクチュエータにより加工軸の角度が変更されるため、数値制御装置が不要である。したがって、面直倣い機構を簡素且つ安価に構成することができる。

　上記構成において、前記距離判定部の好適な例としては、前記加工物までの距離が所定の距離になった所でＯＮ／ＯＦＦが切り替えられるＯＮ／ＯＦＦセンサーであり、そのＯＮ／ＯＦＦ切替え点を、前記加工軸の軸方向で前記加工接触点に並ぶ高さに設定することが考えられる。

　この場合、例えば加工物までの距離が所定の距離になるとＯＮになるＯＮ／ＯＦＦセンサーを用いたとすると、加工軸の軸方向で加工接触点に並ぶ高さでＯＮ／ＯＦＦセンサーがＯＮになる。そして、複数のＯＮ／ＯＦＦセンサーの全て（もしくは大半）がＯＮになった時に、加工軸が法線に一致（もしくは近似）したと判断することができる。したがって、面直倣い機構を簡素且つ安価に構成するとともに、その制御を簡素化し、故障を防いで信頼性を高めることができる。

　上記構成において、前記距離判定部を、前記加工物の前記加工接触点を囲んで複数設け、所定の割合を越える数の前記距離判定部から、前記加工接触点に並ぶ高さになったという信号が入力された時に、前記加工軸の軸線が前記法線に近似したと前記制御部に判断させてもよい。

　このように、必ずしも全ての距離判定部でなく、所定の割合の距離判定部から加工接触点に並ぶ高さになったという信号が入力された時点で、加工軸の軸線が法線に近似したと判定する。これにより、複雑な曲面を有する加工物に対しても、その表面を貫通する法線に加工軸の軸線を近似させて加工を行うことができ、高い平均精度での加工を可能にするとともに、加工時間を短縮することができる。

　しかも、加工接触点付近に突起や段差等の障害形状があった場合には、その位置に合致する距離判定部の入力信号を無視することができるため、障害形状の影響を受けることなく容易に加工することができる。

　上記構成において、前記角度変更アクチュエータは、前記加工軸の軸方向に距離を空けて設けられた第１の伸縮駆動部と第２の伸縮駆動部とを備えてなり、前記加工接触点から前記第１の伸縮駆動部までの距離をＲ１、前記加工接触点から前記第２の伸縮駆動部までの距離をＲ２、前記第１の伸縮駆動部の伸長量をＸ１、前記第２の伸縮駆動部の伸長量をＸ２とした場合に、前記制御部は、前記Ｘ１と前記Ｘ２との比率が、常に前記Ｒ１と前記Ｒ２との比率と同じになるように前記第１の伸縮駆動部と前記第２の伸縮駆動部とを駆動するようにしてもよい。

　この構成によれば、制御部が、Ｘ１とＸ２との比率が、常にＲ１とＲ２との比率と同じになるように第１の伸縮駆動部と第２の伸縮駆動部とを駆動する。これにより、加工軸の軸線が常に加工物の表面の加工接触点を通る状態で、加工物に対する加工機の角度が変更される。この場合、加工機を回動させるための弧型レール等の構造が不要になり、面直倣い機構の構成を簡素にすることができる。しかも、数値制御によらずに加工機を回動させることができるため、高価な数値制御装置を用いる必要がなく、この点でも面直倣い機構を簡素且つ安価に構成することができる。

　上記構成において、前記加工軸の軸線が原点に復帰したことを検知する原点復帰検知部をさらに備え、前記制御部は、前記原点復帰検知部から入力される原点復帰信号に基づいて、前記加工軸の軸線が原点に復帰したことを認識し、前記角度変更アクチュエータを駆動するようにしてもよい。

　このように、加工軸の軸線が原点（例えば水平）に復帰したことを検知する原点復帰検知部を設けることにより、複数の距離判定部によって加工軸の軸線を加工物の法線に沿わせる制御を確実に、且つ精度良く行うことができる。

　上記構成において、前記加工軸の軸線を前記法線に沿わせた後で、該加工軸の角度を固定するブレーキ部を備えているのが好ましい。

　このようなブレーキ部を設けることにより、加工軸の軸線が加工物の表面を貫通する法線に一致、もしくは近似した状態で、ブレーキ部により加工軸の角度が固定され、この状態で加工が行われる。このため、加工中に加工軸の軸線が法線からずれることを防止して、精度の良い加工を行うことができる。

　上記構成において、前記加工軸の軸線を前記法線に沿わせる際に前記加工接触点に当接する当接部と、前記加工軸を前記当接部から出没させる加工軸アクチュエータと、を具備していてもよい。

　この構成によれば、加工軸の軸線を加工物の加工接触点を通る法線に沿わせる操作がなされている時には、加工機の当接部のみが加工物の表面に接触し、加工軸の先端は当接部の内部に没入していて加工物の表面に接触しない。そして、加工軸の軸線が法線に一致した後で、加工軸が当接部から突出して加工物の加工接触点に接触し、加工が開始される。このため、加工が開始される前に加工軸が加工物に接触したり、押し当てられたりすることがなく、これによって加工軸および加工物が損傷することを防止できる。

　上記構成において、前記加工軸は、前記加工接触点に接触する接触点における直交座標系の３軸のうち、第１軸は前記加工軸の軸線と一致し、前記第１軸を含み第２軸に直交する平面視においては前記第２軸を回転中心とするとともに、前記第１軸を含み第３軸に直交する平面視においては前記第３軸を回転中心として回動可能であることが望ましい。
　これにより、加工物の表面が複合曲面（ダブルコンター）であっても、加工軸の軸線を加工物との接触点における法線に沿わせて精度良く加工することができる。

　また、本発明に係る加工装置は、加工物を固定する治具枠と、加工機を支持する加工機支持体と、前記治具枠と前記加工機支持体とを切り離し可能に連結する連結部と、前記治具枠と前記加工機支持体とが前記連結部により連結された状態で、前記加工機の加工軸の軸線を前記加工物に指向させ、且つ前記加工機を前記加工機支持体に対して座標位置調整する座標位置調整部と、前記のいずれかの面直倣い機構と、を具備してなることを特徴とする。

　この構成によれば、加工物が治具枠に固定され、治具枠に対して加工機支持体が連結部を介して連結され、この加工機支持体に加工機が支持される。そして、加工機の加工軸が座標位置調整部によって加工物の加工接触点に案内され、さらに面直倣い機構によって加工軸の軸線が加工接触点を通る法線に沿わされる。

　このため、加工物の表面形状が湾曲面や斜面等であっても、その形状に左右されることなく、加工軸の軸線を加工物の表面を貫通する法線に沿わせて加工することができ、高い加工精度を得ることができる。面直倣い機構は、加工軸の軸線を、加工物表面の加工接触点を通る法線に沿わせるように構成すれば良いため、簡素且つ安価に構成することができる。

　上記構成において、前記治具枠および前記加工機支持体は、当該加工装置が設置される設置面上を移動可能であることが好ましい。

　この構成によれば、加工物が固定された治具枠と、加工機が取り付けられた加工機支持体とを、一体もしくは個別に設置面上を移動させることができる。
　このため、例えば複数の加工物に対して種類の異なる加工を順次行って行く場合には、加工物が固定された治具枠と、加工機が取り付けられた加工機支持体との組み合わせを容易に変更することができる。
　これにより、加工物を治具枠に対して着脱したり、加工機を加工機支持体に対して交換したりする必要がなくなり、加工の段取りに費やされる時間を大幅に短縮することができる。

　また、本発明に係る加工方法は、加工物を治具枠に固定する加工物固定ステップと、前記治具枠に固定された前記加工物の加工接触点に加工機の座標位置を合わせる位置決めステップと、前記加工接触点に前記加工機を突き当てる突き当てステップと、前記加工機の加工軸の軸線を前記加工物の前記加工接触点における法線に沿わせる面直倣いステップと、前記加工機の角度を固定する加工機固定ステップと、前記加工軸により前記加工物に加工を施す加工ステップと、前記治具枠から前記加工物を取り外す加工物取り外しステップと、を備えてなることを特徴とする。

　本加工方法によれば、加工物の表面形状が湾曲面や斜面等であっても、その形状に左右されることなく、加工軸の軸線を加工物の表面を貫通する法線に沿わせて加工することができ、高い加工精度を得ることができる。
　なお、加工物の加工箇所が複数ある場合は、加工物を治具枠に固定したまま、治具枠に対する加工機の相対位置を変更し、上記の位置決めステップと突き当てステップと面直倣いステップと加工機固定ステップと加工ステップとを繰り返し、全ての加工が完了したら、加工物取り外しステップに移行して加工物を治具枠から取り外す。

　前記面直倣いステップにおいては、前記加工物の前記加工接触点を挟むように前記加工機に設けられた少なくとも２つの距離判定部から入力される距離判定信号に基づいて、複数の前記距離判定部と前記加工物との距離が等距離になるまで、角度変更アクチュエータを駆動して前記加工物の表面に対する前記加工軸の角度を変更するようにしてもよい。

　この構成によれば、複数の距離判定部から入力される距離判定信号に基づいて加工軸の実際の角度が把握され、これら複数の距離判定部と加工物との距離が等距離になるまで角度変更アクチュエータにより加工軸の角度が変更されるため、数値制御装置による姿勢制御が不要となり、装置および制御を簡素にできる。

　以上のように、本発明に係る面直倣い機構、これを備えた加工装置および加工方法によれば、加工物の形状に左右されることなく、簡素且つ安価な構成により、加工軸の軸線を加工物との接触点における法線に沿わせて精度良く加工することができる。

本発明の第１実施形態を示す加工装置の斜視図である。（Ａ）は治具枠と加工機支持体とが分離した状態を示す側面図であり、（Ｂ）は治具枠と加工機支持体とが連結された状態を示す側面図である。ドリルユニット（加工機）の斜視図である。ドリルユニット（加工機）と面直倣い機構を示す縦断面図である。加工装置の概略構成を示すブロック図である。加工方法の流れを示すフローチャートである。ドリルユニット（加工機）が加工物に指向し、Ｘ，Ｙ座標で位置決めされた位置決めステップを示す縦断面図である。突き当てステップを示すドリルユニットと面直倣い機構の縦断面図である。面直倣いステップを示すドリルユニットと面直倣い機構の縦断面図である。加工ステップを示すドリルユニットと面直倣い機構の縦断面図である。本発明の第２実施形態を示すドリルユニットと面直倣い機構の縦断面図である。本発明の第３実施形態を示す面直倣い機構の縦断面図である。本発明の第４実施形態を示す面直倣い機構の正面図である。本発明の第５実施形態を示すドリルユニットと面直倣い機構の側面図である。本発明の第６実施形態を示すドリルユニットと面直倣い機構の側面図である。

　以下に、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら説明する。

［第１実施形態］
　図１～図１０は、本発明の第１実施形態である面直倣い機構を備えた加工装置を示している。この加工装置１は、例えば航空機の翼や胴体等を形成する湾曲した板材状の加工物２にドリルで穴開けを施すものである。ただし、本発明は、穴開けに限らず、研削やリベットの打鋲といった他種の加工や、これらの加工の後の検査等に適用してもよい。

　図１および図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、この加工装置１は、加工物２（加工物）を固定するための治具枠３と、ドリルユニット４（加工機）を支持する加工機支持体５とを備えている。また、治具枠３と加工機支持体５とを切り離し可能に連結する連結部６を備えている。加工物２は、説明を容易にするために単曲面（シングルコンター）のものとしてあるが、複合曲面（ダブルコンター）のものであってもよい。

　治具枠３は、例えば角パイプなどから構成されており、平面視でＨ字形状をなす脚部３ａと、この脚部３ａの中央部から鉛直に起立する枠体３ｂとを備えている。脚部３ａには例えば６つのキャスター輪７が設けられていて、これにより治具枠３全体が、加工装置１の設置される工場フロア等の設置面１０上を自由に移動可能である。なお、説明の便宜上、治具枠３の幅方向をＸ軸方向、鉛直方向をＹ軸方向、そしてＸ軸方向に直交する水平方向をＺ軸方向と呼ぶ。また、Ｘ軸方向回りの動方向をＡ方向、Ｙ軸回りの動方向をＢ方向と呼ぶ。

　治具枠３の枠体３ｂは、加工物２を囲むようなサイズであり、加工物２は図示しないロケーター（保持具）を介して、その湾曲面がＺ軸方向を向き、且つその湾曲の弦がＹ軸方向に沿う姿勢で枠体３ｂに据え付けられている。なお、治具枠３による加工物２の支持形態や加工物２の面方向は、この例のみに限定されない。なお、実際には、枠体３ｂ同士の間隔は図１に描かれているものよりも広いスパンとなっている。

　一方、加工機支持体５は、治具枠３と同様にキャスター輪１２によって設置面１０上を自由に移動可能な台座部１３の上に、バランサユニット１４を介して主柱部１５が鉛直に立設され、この主柱部１５にＹ軸スライダ１７（座標位置調整部）を介してＺ軸スライダ１８（座標位置調整部）が設置され、Ｚ軸スライダ１８の下にドリルユニット４が取り付けられている。

　また、主柱部１５の上端付近から水平梁部材１９がＺ軸方向に延び、その自由端に前述の連結部６が設置されている。連結部６の具体的な構造としては、治具枠３の枠体３ｂ上部との間に形成された図示しない凹凸形状をインロー嵌合させる方式や、強力な電磁石により吸着させる方式等が考えられる。

　図１および図２（Ｂ）に示すように、加工機支持体５は治具枠３の脚部３ａのＨ字形状の間に入り込んだ位置で、連結部６を治具枠３の枠体３ｂ上部に連結させて正確に位置決めされ、固定される。治具枠３の枠体３ｂのスパンは、加工機支持体５の台座部１３の幅よりも十分に広いため、加工機支持体５は治具枠３の枠体３ｂの間でＸ軸方向に移動でき、治具枠３に取り付けられる加工物２の長手方向（Ｘ軸方向）に沿って連結部６の連結位置を変えながら加工物２の加工を行うようになっている。
　なお、キャスター輪７，１２には転動を止める制動手段が付いているが、その制動を解除することにより、治具枠３と加工機支持体５とが一体に連結された状態で設置面１０上を移動することができる。

　ドリルユニット４の座標位置調整部であるＹ軸スライダ１７とＺ軸スライダ１８とは、治具枠３と加工機支持体５とが連結部６により連結された状態で、ドリルユニット４の加工軸（後述するドリル軸２４）の軸線を加工物２に指向させる。そして、ドリルユニット４は、台座部１３に対してＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の３方向に位置を調整できる。なお、説明を容易にするために本実施形態ではドリルユニット４をＸ軸方向に動かすアクチュエータ（Ｘ軸スライダ）が図示されていない。

　図３、図４、図５に示すように、ドリルユニット４は、Ｘ軸方向視で略Ｌ字形をなすアーム部材２１に略円柱状のドリル本体２２が、その後端側をＹ方向に上下できるように取り付けられている。ドリル本体２２は、略円筒状であり、その内部に、ドリル軸２４（加工軸）と、このドリル軸２４を回転駆動するとともに、ドリル本体２２の先端面に固定されたエンドピース２５から外部に出没させる加工軸アクチュエータ２６とを具備している。加工軸アクチュエータ２６は、ドリル軸２４を回転させる回転アクチュエータと、ドリル軸２４を加工物２側に送る（突き出す）送りアクチュエータとが一体化されたものであるが、両者が別体であってもよい。エンドピース２５は、加工物２に接触した際に加工物２を傷付けることがないように、硬質ゴムや樹脂材料等で形成されている。

　アーム部材２１の縦壁の内面には一対の弧型レール２８（リニアレールを湾曲させたもの；通称ゴニオウエイ）を介してドリル本体２２が取り付けられている。図４に示すように、側面視では、弧型レール２８によるドリル本体２２の回動中心が、エンドピース２５の先端部の接触点Ｓに一致している。エンドピース２５は、後述する面直倣い機構３０によってドリル軸２４の軸線ＣＬを、加工物２の加工接触点Ｐを貫通する法線ＮＬ（図７～１０参照）に沿わせる際に、加工物２の加工接触点Ｐに当接する当接部となる点である。このため、ドリル本体２２は、エンドピース２５の接触点Ｓを中心に、Ａ方向に回動可能となっている。なお、同様にＢ方向にも回動可能にすることにより、加工物２の曲面が複合曲面（ダブルコンター）であっても対応することができる。

　上記の面直倣い機構３０は、図３～図５および図７～図１０に示すように、弧型レール２８と、エンドピース２５の接触点Ｓおよび加工物２の加工接触点Ｐを上下から挟むようにドリル本体２２の先端外周部に上下対称に設けられた、例えば２つの非接触式距離センサー３１（距離判定部）と、加工物２の表面に対するドリル軸２４の軸線ＣＬの角度を変更するエアシリンダ３２（角度変更アクチュエータ）と、非接触式距離センサー３１から入力される距離判定信号に基づいて、複数の非接触式距離センサー３１と加工物２との距離が等距離になるまでエアシリンダ３２を駆動する制御部３３（図５参照）と、ドリル軸２４の軸線ＣＬが原点に復帰したことを検知する原点復帰検知部３４と、ドリル軸２４の角度を固定するブレーキ部３５とを備えている。

　非接触式距離センサー３１としては、例えばレーザー光Ｌａの反射を受光して測定対象物までの距離を計測するレーザー距離センサーが好適であり、特に、測定対象物までの距離が所定の距離になった所でＯＮ／ＯＦＦが切り替えられるＯＮ／ＯＦＦセンサーを用いるのが好ましい。ＯＮ／ＯＦＦセンサーを用いる場合は、図８に示すように、そのＯＮ／ＯＦＦ切替え点Ｄが、ドリル軸２４の軸方向で加工接触点Ｐに並ぶ高さに設定するとよい。
　本実施形態では、非接触式距離センサー３１から加工物２の表面までの距離Ｌ（図９参照）が、ＯＮ／ＯＦＦ切替え点Ｄまでの距離よりも大きいと非接触式距離センサー３１がＯＦＦになり、ＯＮ／ＯＦＦ切替え点Ｄまでの距離よりも短いとＯＦＦとなるように設定されている。

　エアシリンダ３２は、空気圧でシリンダ本体３２ａから伸縮ロッド３２ｂを伸縮させる構造である。図３および図５に示すように、シリンダ本体３２ａの、伸縮ロッド３２ｂが出入りする側の端部付近がピボット軸３６によりアーム部材２１に回動自在に軸着され、伸縮ロッド３２ｂの先端部がピボット軸３７によりドリル本体２２に回動自在に軸着されている。シリンダ本体３２ａの両端付近には、エア供給装置３８からのエアホース３９，４０が接続されている。

　エアシリンダ３２の伸縮ロッド３２ｂが伸びると、前述のように弧型レール２８に支持されたドリル本体２２（ドリル軸２４の軸線ＣＬ）がエンドピース２５の接触点Ｓを中心として下方（Ａ方向）に回動し、伸縮ロッド３２ｂが縮むと、ドリル本体２２が上方に回動する。なお、エアシリンダ３２は角度変更アクチュエータの一例に過ぎない。エアシリンダ３２の代わりに、サーボモータやネジ送り機構といった他のアクチュエータによってドリル本体２２を回動させるように構成してもよい。

　原点復帰検知部３４は、例えば接触式のリニアセンサー、もしくはＯＮ／ＯＦＦセンサーであり、ドリル軸２４の軸線ＣＬが原点（例えば水平）に復帰した時に、これを検知して原点復帰信号を制御部３３に送るように構成されている。

　ブレーキ部３５は、ドリル本体２２の角度を堅固に固定できるものであれば、特にその構造が限定されるものではない。例えば、図５に示すように、アーム部材２１等に図示しないブラケットを介して固定された、略扇型の、磁石に吸着される材質で形成された制動板３５ａと、ドリル本体２２側に設けられた電磁石３５ｂとからなり、電磁石３５ｂは通電されることにより励磁して制動板３５ａに強固に吸着し、これによってドリル本体２２の回動が阻止され、固定される。
　なお、このような電磁式ではなく、例えばエア圧でブレーキＯＮ（あるいはＯＦＦ）となるエア圧作動式のキャリパで制動板３５ａを挟んでドリル本体２２の回動を固定してもよい。あるいは、エアシリンダ３２に直接ブレーキ部を設けて、シリンダ本体３２ａに対する伸縮ロッド３２ｂの伸縮を阻止することによりドリル本体２２の回動を固定してもよい。

　制御部３３は、面直倣い機構３０の動作を制御できる程度の簡単なコンピュータユニットでよい。この制御部３３には、２つの非接触式距離センサー３１と、原点復帰検知部３４と、ブレーキ部３５の電磁石３５ｂと、加工軸アクチュエータ２６と、バランサユニット１４およびＹ軸スライダ１７ならびにＺ軸スライダ１８の各アクチュエータ（非図示）と、エア供給装置３８とが電気的に接続され、各種の制御信号が授受されるようになっている。

　制御部３３は、原点復帰検知部３４から入力される原点復帰信号に基づいて、ドリル軸２４の軸線ＣＬが原点に復帰したことを認識する。それとともに、制御部３３は、複数の非接触式距離センサー３１から入力される距離判定信号に基づいて、加工物２の加工接触点Ｐを貫通する法線ＮＬに対するドリル軸２４の軸線ＣＬの相対角度を把握する。そして、制御部３３は、これらのデータに基づいて、軸線ＣＬが法線ＮＬに近づくようにエアシリンダ３２を駆動する。

　次に、本実施形態に係る加工装置１の動作および加工方法について説明する。
　図６は、加工装置１による加工方法の流れを示すフローチャートである。また、図７～図１０は加工装置１における一連の加工順序を示している。

　まず、図１および図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、加工物２を治具枠３に設けられた図示しないロケーター（保持具）に固定する（加工物固定ステップＳ１）。

　次に、図７に示すように、加工物２に穴開けを施す位置、即ち加工接触点Ｐの位置に、ドリル軸２４の軸線ＣＬが指向し、且つ加工物２の加工接触点Ｐと、エンドピース２５の接触点Ｓの高さが一致するように、Ｙ軸スライダ１７とＺ軸スライダ１８とを駆動してドリルユニット４を動かす（位置決めステップＳ２）。これにより、加工物２の加工接触点Ｐの位置（座標Ｘ，Ｙ）と、ドリル軸２４の軸線ＣＬの位置（座標Ｘ，Ｙ）とが合致する。
　この時、ドリル軸２４の軸線ＣＬは原点である水平位置に置かれており、原点復帰検知部３４が原点復帰信号を制御部３３に送信しているため、制御部３３は原点位置を認識することができる。ここではまだ、ドリル軸２４の軸線ＣＬと、加工物２の加工接触点Ｐを貫通する法線ＮＬとが一致していない。

　次に、図８に示すように、Ｚ軸スライダ１８を駆動して、加工物２の加工接触点Ｐに、ドリル本体２２の先端に設けられたエンドピース２５の接触点Ｓを突き当てる（突き当てステップＳ３）。この時には、Ｚ軸スライダ１８が駆動されてエンドピース２５が適度な突き当て力で加工物２に押し付けられる。この時の突き当て力の大きさは、加工物２の加工反力を上回り、且つ加工物２を変形させない程度の力に設定するのが望ましい。これにより、加工物２の加工接触点Ｐに対してエンドピース２５の接触点Ｓがずれることを防止できる。
　このように、Ｚ軸スライダ１８を駆動して力支配によりドリル本体２２の先端の接触点Ｓを押し当てることにより、プログラム上からＺ座標のパラメータを削除でき、必要とされるパラメータはＸ，Ｙ座標のみとなり、プログラムが容易になる。

　硬質ゴムや樹脂材料等で形成されているエンドピース２５は、加工物２を傷付けることがなく、加工物２との間に滑りも生じにくいため、ドリル本体２２の先端位置がずれにくい。なお、Ｚ軸スライダ１８によるスライド方向と、原点位置に復帰しているドリル軸２４の軸線ＣＬの方向とが同一方向（Ｚ軸方向）であるため、Ｚ軸スライダ１８がスライドすることによってドリル本体２２の先端位置がずれることはない。

　そして、このようにドリル本体２２の先端が加工物２に突き当てられた状態で、図９に示すように、ドリル軸２４の軸線ＣＬが、加工物２の加工接触点Ｐを貫通する法線ＮＬに沿うように、エアシリンダ３２を駆動してドリル本体２２の角度をＡ方向に回動させる（面直倣いステップＳ４）。
　この時、制御部３３は、加工接触点Ｐを間に挟んでＹ軸方向に離れて対向するように設けられた少なくとも２つの非接触式距離センサー３１から入力される距離判定信号に基づいて、これら各非接触式距離センサー３１と加工物２との距離Ｌが等距離になるまで、即ち２つの非接触式距離センサー３１が両方ともＯＮになるまでエアシリンダ３２を駆動して加工物２の表面に対するドリル軸２４の軸線ＣＬの角度を変更し、軸線ＣＬを加工物２の加工接触点Ｐを通る法線ＮＬに沿わせる。

　ドリル軸２４の軸線ＣＬが加工物２の加工接触点Ｐを通る法線ＮＬに沿ったら、即ち、各非接触式距離センサー３１から制御部３３に入力される距離判定信号が等しくなったら、制御部３３がブレーキ部３５の電磁石３５ｂを起動させて制動板３５ａに吸着させ、アーム部材２１に対するドリル本体２２の動きを固定する（加工機固定ステップＳ５）。これにより、ドリル軸２４の軸線ＣＬと加工物２の法線ＮＬとが一致した状態が保たれる。

　なお、本実施形態ではドリル本体２２が接触点Ｓを中心にＡ方向にのみ回動するようになっているが、ドリル本体２２をＢ方向にも回動できるようにし、エンドピース２５の接触点Ｓにおける直交座標系の３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）のうち、第１軸（ここではＺ軸）はドリル軸２４の軸線ＣＬと一致し、前記第１軸（Ｚ軸）を含み第２軸（ここではＸ軸）に直交する平面視においては前記第２軸（Ｘ軸）を回転中心とするとともに、前記第１軸（Ｚ軸）を含み第３軸（Ｙ軸）に直交する平面視においては前記第３軸（Ｙ軸）を回転中心として回動可能とするのが好ましい。

　これにより、加工物２が複合曲面を備えていても、その曲面の法線にドリル軸２４の軸線ＣＬを沿わせることができる。なお、この場合には、ドリル本体２２をＡ方向に回動させる角度変更アクチュエータ（エアシリンダ３２）に加えて、ドリル本体２２をＢ方向に回動させる角度変更アクチュエータが必要になる。

　次に、図１０に示すように、ドリル軸２４を回転させながらエンドピース２５から突出させて、加工物２に穴開け加工を施す（加工ステップＳ６）。この時は、制御部３３から加工軸アクチュエータ２６に、ドリル軸２４を突出させる加工軸突出信号と、ドリル軸２４の回転速度を穴開け加工に適した速度に制御する回転速度制御信号が発信される（図５参照）。

　上記の各ステップＳ２～Ｓ６は、加工物２の穴開け加工箇所が複数ある場合は、複数回繰り返し実行される。
　また、ドリル本体２２のＸ，Ｙ方向への移動が限界に達したら、加工物２を治具枠３に固定したままの状態で、治具枠３と加工機支持体５との連結を一旦切り離し、治具枠３に対して加工機支持体５をＸ方向に相対移動させて再連結して、再び上記ステップＳ２～Ｓ６を反復する。こうして、全ての穴開け加工が完了したら、治具枠３から加工物２を取り外し（加工物取り外しステップＳ７）、加工が終了する。

　この加工装置１によれば、加工物２が治具枠３に固定され、治具枠３に対して加工機支持体５が連結部６を介して連結され、この加工機支持体５にドリルユニット４が支持される。そして、ドリルユニット４のドリル軸２４が座標位置調整部であるＹ軸スライダ１７とＺ軸スライダ１８と図示しないＸ軸スライダとによって加工物２の加工接触点Ｐに案内され、さらに面直倣い機構３０によってドリル軸２４の軸線ＣＬが加工接触点Ｐを通る法線ＮＬに沿わされる。

　このため、加工物２の表面形状が湾曲面や斜面等であっても、その形状に左右されることなく、ドリル軸２４の軸線ＣＬを加工物２の表面を貫通する法線ＮＬに沿わせて加工することができ、高い加工精度を得ることができる。面直倣い機構３０は、ドリル軸２４の軸線ＣＬを、加工物２の表面の加工接触点を通る法線に沿わせるように構成すれば良いため、非接触式距離センサー３１等を用いて簡素且つ安価に構成することができる。

　本実施形態では、面直倣い機構３０を、側面視で加工物２の加工接触点Ｐを挟むようにドリル本体２２に設けられた少なくとも２つの非接触式距離センサー３１（距離判定部）と、加工物２の表面に対するドリル軸２４（加工軸）の角度を変更するエアシリンダ３２（角度変更アクチュエータ）と、複数の非接触式距離センサー３１から入力される距離判定信号に基づいて、各非接触式距離センサー３１と加工物２との距離Ｌが等距離になるまでエアシリンダ３２を駆動する制御部３３とを具備して構成した。

　この構成によれば、距離判定部として安価なセンサー類を適用することができる。また、複数の距離判定部（非接触式距離センサー３１）から入力される距離判定信号に基づいてドリル軸２４の実際の角度が把握され、複数の非接触式距離センサー３１と加工物２との距離Ｌが等距離になるまでエアシリンダ３２によりドリル軸２４の角度が変更されるため、数値制御が不要である。したがって、高価な数値制御装置を用いる必要がなく、これによって面直倣い機構３０を非常に簡素で安価に構成することができる。しかも、加工前に数値制御装置に数値を入力するプログラム作業に時間が費やされることもない。

　特に、距離判定部である非接触式距離センサー３１を、測定対象物までの距離が所定の距離になった所でＯＮ／ＯＦＦが切り替えられるＯＮ／ＯＦＦセンサーとし、そのＯＮ／ＯＦＦ切替え点Ｄを、ドリル軸２４の軸方向で加工接触点Ｐに並ぶ高さに設定すれば、そのＯＮ／ＯＦＦ切替え点が加工接触点Ｐに並ぶと非接触式距離センサー３１がＯＮになる。そして、複数のＯＮ／ＯＦＦセンサーの全て（もしくは大半）がＯＮになった時に、ドリル軸２４の軸線ＣＬが法線ＮＬに一致（もしくは近似）したと判断することができる。したがって、面直倣い機構３０を簡素且つ安価に構成するとともに、その制御を簡素化し、故障を防いで信頼性を高めることができる。

　面直倣い機構３０は、ドリル軸２４の軸線ＣＬが原点（ここでは水平）に復帰したことを検知する原点復帰検知部３４を備えており、制御部３３は、この原点復帰検知部３４から入力される原点復帰信号に基づいて、ドリル軸２４の軸線ＣＬが原点に復帰したことを認識し、エアシリンダ３２を駆動する。このため、複数の非接触式距離センサー３１によってドリル軸２４の軸線ＣＬを加工物２の法線ＮＬに沿わせる制御を確実に、且つ精度良く行うことができる。

　また、面直倣い機構３０は、ドリル軸２４の軸線ＣＬを加工物２の加工接触点Ｐを貫通する法線ＮＬに沿わせた後で、ドリル軸２４の角度を固定するブレーキ部３５を備えている。そのため、ドリル軸２４が加工物２の法線ＮＬに一致、もしくは近似した状態で、ブレーキ部３５によりドリル軸２４の角度が固定され、この状態で加工が行われる。したがって、穴開け加工中にドリル軸２４の軸線ＣＬが法線ＮＬからずれることを防止して、精度の良い穴開け加工を行うことができる。

　さらに、面直倣い機構３０によってドリル軸２４の軸線ＣＬを法線ＮＬに沿わせる際に、ドリル本体２２が加工物２に当接する部分には、ゴムや樹脂材料で形成されたエンドピース２５が当接部として設けられている。そして、このエンドピース２５を貫通する形でドリル軸２４を出没させる加工軸アクチュエータ２６が設けられている。

　このため、ドリル軸２４の軸線ＣＬを加工物２の表面の法線ＮＬに沿わせる操作がなされている突き当てステップＳ３および面直倣いステップＳ４においては、ドリル本体２２のエンドピース２５のみが加工物２の表面に接触し、ドリル軸２４の先端はエンドピース２５の内部に没入していて加工物２の表面に接触しない。そして、ドリル軸２４の軸線ＣＬが法線ＮＬに一致した後で、ドリル軸２４がエンドピース２５から突出して加工物２の加工接触点Ｐに接触し、加工が開始される。このため、加工が開始される前にドリル軸２４が加工物２に接触したり、押し当てられたりすることがなく、これによってドリル軸２４および加工物２が損傷することを防止できる。

　ところで、治具枠３および加工機支持体５は、それぞれキャスター輪７，１２を備えており、加工装置１が設置される設置面１０上を移動可能である。このため、加工物２等の加工物が固定された治具枠３と、ドリルユニット４等の加工機が取り付けられた加工機支持体５とを、一体もしくは個別に設置面１０上を移動させることができる。

　これにより、例えば複数の加工物に対して種類の異なる加工を順次行って行く場合には、加工物が固定された治具枠３と、加工機が取り付けられた加工機支持体５との組み合わせを容易に変更することができる。したがって、加工物を治具枠３に対して着脱したり、加工機を加工機支持体５に対して交換したりする必要がなくなり、加工の段取りに費やされる時間を大幅に短縮することができる。

　なお、本実施形態では、理解を容易にするために、ドリルユニット４のドリル本体２２がエンドピース２５先端の接触点Ｓを中心にＡ方向に回動し、このＡ方向への回動量が、ドリル本体２２の先端部外周の上下に設けられた２つの非接触式距離センサー３１によって検知される点についてのみ説明した。

　しかし実際には、ドリル本体２２は接触点Ｓを中心にＢ方向にも回動し、このＢ方向への回動量が、ドリル本体２２の先端部外周の左右に設けられた別な２つの接触式距離センサー（非図示）によって検知されるようになっている。このため、ドリル本体２２および加工軸２４は、接触点Ｓにおける直交座標系の３軸のうち、第１軸（Ｚ軸）は軸線ＣＬと一致し、前記第１軸（Ｚ軸）を含み第２軸（Ｘ軸）に直交する平面視においては前記第２軸（Ｘ軸）を回転中心とするとともに、前記第１軸（Ｚ軸）を含み第３軸（Ｙ軸）に直交する平面視においては前記第３軸（Ｙ軸）を中心として回動可能である（Ｚ軸）。これにより、ダブルコンターの曲面を持つ加工物に対応することができる。

［第２実施形態］
　図１１は、本発明の第２実施形態を示すドリルユニット４と面直倣い機構３０Ａの縦断面図である。ここに示す面直倣い機構３０Ａにおいて、第１実施形態の面直倣い機構３０の構成と異なる点は、ドリル本体２２の先端外周部に上下対称に設けられた、例えば２つの非接触式距離センサー３１Ａ（距離判定部）が、第１実施形態における非接触式距離センサー３１のようなＯＮ／ＯＦＦセンサー（デジタル式センサー）ではなく、加工物２の表面までの距離を実測してそのデータを制御部に送る距離実測センサー（アナログ式センサー）である点と、制御部（非図示）が、これら複数の非接触式距離センサー３１Ａから入力される距離データを比較し、各距離データが等しくなるようにエアシリンダ３２を駆動する点である。それ以外の構成は第１実施形態と同様であるため、各部に同一符号を付して説明を省略する。

　このように、非接触式距離センサー３１Ａを距離実測センサーとすることにより、ＯＮ／ＯＦＦセンサーに比べてより繊細且つ正確な角度調整が可能となる。例えば、加工物２の湾曲率が一定でなく不連続（自由曲面）である場合には、デジタル的なＯＮ／ＯＦＦセンサーだと、そのＯＮ／ＯＦＦ切替え点（図８中に示すＤ）の設定が困難になり、加工物２の法線ＮＬを検知しにくくなる。しかし、アナログ的な距離実測センサーであれば、このような不連続な曲率であっても法線ＮＬを検知することができる。但し、ＯＮ／ＯＦＦセンサーとすれば、デジタル制御を可能にして制御系を簡素化することができる。

［第３実施形態］
　図１２は、本発明の第３実施形態を示す面直倣い機構３０Ｂの縦断面図である。ここでは、図示しないドリルユニットの先端部に円筒状のドリル軸ガイド４５が設けられており、その内部からドリル軸２４が加工物２に向かって出没するようになっている。

　ドリル軸ガイド４５の内部には、ドリル軸２４が通るドリル軸通路４６を囲むように複数のバキューム通路４７が平行に形成されている。これらのバキューム通路４７の先端部は、ドリル軸通路４６の開口部を囲んでドリル軸ガイド４５の先端面に開口している。そして、各バキューム通路４７に、図示しない真空ポンプ等の負圧供給手段に繋がる負圧通路４８が接続され、これらの負圧通路４８に真空度を計測する真空計４９が設置されている。各真空計４９のデータは図示しない制御部に入力されるようになっている。

　ドリル軸２４の軸線ＣＬを加工物２の加工接触点Ｐを通る法線ＮＬに沿わせる面直倣いステップが行われる時は、真空ポンプを起動させてバキューム通路４７に負圧を供給する。ドリル軸２４の軸線ＣＬが加工物２の法線ＮＬに沿っていれば、ドリル軸ガイド４５が加工物２の表面に対して垂直に突き当てられるため、各バキューム通路４７の先端開口部が加工物２によって密閉され、各バキューム通路４７の内部における負圧が大きくなる。

　しかし、ドリル軸２４の軸線ＣＬが加工物２の法線ＮＬに沿っていなければ、一部のバキューム通路４７の先端開口部が加工物２から離れ、そのバキューム通路４７の内部における負圧が低下する。制御部は、図示しない角度変更アクチュエータを駆動し、ドリル軸ガイド４５を真空度の低下したバキューム通路４７の方に向かって傾斜させる。そして、全てのバキューム通路４７の真空度が一様に高くなった時に、ドリル軸２４の軸線ＣＬが加工物２の法線ＮＬに沿ったと判断することができる。

　このように構成された面直倣い機構３０Ｂによれば、ドリル軸ガイド４５の外径が、第１、第２実施形態の面直倣い機構３０，３０Ａにおけるドリル本体２２の先端部の外径に比べて格段に小さくなる。このため、加工物２に突起や段差等の障害形状があっても、その直近に穴開け加工を施すことができる。

［第４実施形態］
　図１３は、本発明の第４実施形態を示す面直倣い機構３０Ｃの正面図である。ここでは、第１、第２実施形態と同様なドリル本体２２の先端面にエンドピース２５が設けられ、ドリル本体２２の外周面に、例えば１２個の非接触式距離センサー３１Ｂが等間隔で設置されている。これらの非接触式距離センサー３１Ｂは、例えばＯＮ／ＯＦＦセンサーであり、図８に示した場合と同様に、エンドピース２５が加工物２に突き当てられた時に、加工物２の加工接触点Ｐを囲む。各非接触式距離センサー３１ＢのＯＮ／ＯＦＦ切替え点は、図８と同様に、ドリル軸２４の軸方向で加工物２の加工接触点Ｐに並ぶ高さとされている。

　各非接触式距離センサー３１Ｂは、図示しない制御部に接続されており、この制御部にＯＮ／ＯＦＦ信号を送信する。面直倣いステップの実行時において、制御部は、所定の割合を越える数（例えば１０個以上）の非接触式距離センサー３１Ｂから、ＯＮ信号が入力された時、つまり加工物２の加工接触点Ｐに並ぶ高さになったという信号が入力された時に、ドリル軸２４の軸線ＣＬが加工物２の法線ＮＬに近似したと判断する。

　このように、必ずしも全ての非接触式距離センサー３１Ｂからではなく、所定の数量の非接触式距離センサー３１ＢからＯＮ信号が入力された時点で、ドリル軸２４の軸線ＣＬが法線ＮＬに近似したと判定する。これにより、加工物２が複雑な曲面を有する場合であっても、その表面を貫通する法線ＮＬにドリル軸２４の軸線ＣＬを近似させて加工を行うことができ、高い平均精度での加工を可能にするとともに、加工時間の短縮を図ることができる。

　しかも、加工物２の加工接触点Ｐ付近に突起や段差等の障害形状があった場合には、その位置に合致する非接触式距離センサー３１Ｂの入力信号を無視することができるため、障害形状の影響を受けることなく容易に加工することができる。

［第５実施形態］
　図１４は、本発明の第５実施形態を示すドリルユニット４と面直倣い機構３０Ｄの側面図である。この面直倣い機構３０Ｄにおいて、第１実施形態の面直倣い機構３０との相違点は、ドリル本体２２を回動させる角度変更アクチュエータとして、エアシリンダ３２の代わりに、ラックアンドピニオン式の駆動機構５５が設けられていることであり、その他の構成は第１実施形態と同様である。

　駆動機構５５を構成するラックギヤ５５ａは、エンドピース２５の先端部の接触点Ｓを中心とする円弧状であり、ドリル本体２２側に固定されている。一方、このラックギヤ５５ａに噛合するピニオンギヤ５５ｂは、アーム部材２１（図３参照）等に軸支されており、図示しない制御部に制御されるサーボモータ等によって回転駆動される。加えて、エア圧の与圧等を利用してバックラッシを除去する機構が具備されており、バックラッシの影響を受けることなく精度良く位置決めができる。

　ピニオンギヤ５５ｂが回転駆動されると、弧型レール２８に支持されたドリルユニット４が、エンドピース２５の先端部の接触点Ｓを中心にスムーズに回動する。角度変更アクチュエータとして第１実施形態に示すようなエアシリンダ３２等の直進アクチュエータを使用すると、長手方向に大きなものとなり、加工物や治具類との干渉等、レイアウト上の制約が大きくなってしまうが、上記のラックアンドピニオン式の駆動機構５５とすることによって、角度変更アクチュエータを小型化してレイアウトの自由度を高め、ひいては面直倣い機構３０Ｄのコンパクト化に貢献することができる。

　しかも、ピニオンギヤ５５ｂをブレーキ付きのサーボモータで回転駆動すれば、サーボモータの停止時（非通電時）にピニオンギヤ５５ｂが回転しないため、第１実施形態で使用したブレーキ部３５を省略することができる。したがって、面直倣い機構３０Ｄのコンパクト化に一層寄与することができる。

［第６実施形態］
　図１５は、本発明の第６実施形態を示すドリルユニット４と面直倣い機構３０Ｅの側面図である。この面直倣い機構３０Ｅでは、ドリルユニット４の角度を変更する角度変更アクチュエータとして、ドリル軸２４の軸方向に距離を空けて第１の伸縮駆動部６０Ａと第２の伸縮駆動部６０Ｂとが設けられている。第１の伸縮駆動部６０Ａと第２の伸縮駆動部６０Ｂとは、例えばサーボモータとボールネジとを組み合わせた、位置制御が可能な直進アクチュエータであるが、直線的に伸縮し、バックラッシや停止時における無用な伸縮が無いものであれば、他の構造の直進アクチュエータにしてもよい。

　第１の伸縮駆動部６０Ａと第２の伸縮駆動部６０Ｂとは、それぞれピボット軸６１，６２によってドリルユニット４の前端寄り（ドリル軸２４側）と後端寄りとに回動自在に連結されており、図示しない制御部によって伸縮駆動される。

　そして、加工接触点Ｐから第１の伸縮駆動部６０Ａまでの距離をＲ１、加工接触点Ｐから第２の伸縮駆動部６０Ｂまでの距離をＲ２、第１の伸縮駆動部６０Ａの伸長量をＸ１、第２の伸縮駆動部６０Ｂの伸長量をＸ２とした時に、制御部は、Ｘ１とＸ２との比率が、常にＲ１とＲ２との比率と同じになるように第１の伸縮駆動部６０Ａと第２の伸縮駆動部６０Ｂとを駆動する。

　本構成によれば、制御部が、Ｘ１とＸ２との比率が、常にＲ１とＲ２との比率と同じになるように第１の伸縮駆動部６０Ａと第２の伸縮駆動部６０Ｂとを駆動することにより、ドリル軸２４の軸線ＣＬが常に加工物（非図示）の表面の加工接触点Ｐを通る状態で、加工物に対するドリルユニット４の角度が変更される。

　このように構成された面直倣い機構３０Ｅによれば、２つの伸縮駆動部６０Ａ，６０Ｂのみによってドリルユニット４が支持され、且つドリルユニット４を加工接触点を中心に回動させることができる。したがって、第１実施形態のように、ドリルユニット４を回動させるための弧型レール２８等の構造が不要になり、面直倣い機構３０Ｅの構成を簡素にすることができる。しかも、数値入力によらずにドリルユニット４を回動させることができるため、この点でも面直倣い機構３０Ｅを簡素且つ安価に構成することができる。

　以上説明したように、第１～第６実施形態の加工装置およびこれを用いた加工方法によれば、湾曲した板材等の加工物の形状に左右されることなく、簡素且つ安価な構成により、加工軸の軸線を加工物との接触点における法線に沿わせて精度良く加工することができる。

　なお、本発明は上記の各実施形態の構成のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更や改良を加えることができ、このように変更や改良を加えた実施形態も本発明の権利範囲に含まれるものとする。

　例えば、上記の各実施形態では、湾曲した板材状の加工物２にドリル軸２４で穴開け加工を施す場合について説明したが、加工物は板材状のものに限らず、表面が曲面もしくは斜面等であれば、ブロック状や箱状、パイプ状等、他の形状の加工物であってもよい。また、上記各実施形態を適宜組み合わせる等しても構わない。

１　加工装置
２　加工物
３　治具枠
４　ドリルユニット（加工機）
５　加工機支持体
６　連結部
７，１２　キャスター輪
１７　Ｙ軸スライダ（座標位置調整部）
１８　Ｚ軸スライダ（座標位置調整部）
２４　ドリル軸（加工軸）
２５　エンドピース（当接部）
２６　加工軸アクチュエータ
３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ　面直倣い機構
３１，３１Ａ，３１Ｂ　非接触式距離センサー（距離判定部）
３２　エアシリンダ（角度変更アクチュエータ）
３３　制御部
３４　原点復帰検知部
３５　ブレーキ部
５５　駆動機構（角度変更アクチュエータ）
６０Ａ　第１の伸縮駆動部（角度変更アクチュエータ）
６０Ｂ　第２の伸縮駆動部（角度変更アクチュエータ）
ＣＬ　ドリル軸の軸線
Ｄ　ＯＮ／ＯＦＦ切替え点
ＮＬ　法線
Ｐ　加工接触点
Ｓ１　加工物固定ステップ
Ｓ３　突き当てステップ
Ｓ４　面直倣いステップ
Ｓ５　加工機固定ステップ
Ｓ６　加工ステップ
Ｓ７　加工物取り外しステップ
Ｒ１　加工接触点から第１の伸縮駆動部までの距離
Ｒ２　加工接触点から第２の伸縮駆動部までの距離
Ｘ１　第１の伸縮駆動部の伸長量
Ｘ２　第２の伸縮駆動部の伸長量
Ｘ　Ｘ軸（第２軸）
Ｙ　Ｙ軸（第３軸）
Ｚ　Ｚ軸（第１軸）

Claims

　加工機の加工軸の軸線が、該加工軸により加工される加工物の加工接触点を通る法線に沿うように、前記加工軸を、前記加工接触点を中心に回動させる面直倣い機構。
　前記加工接触点を挟むように前記加工機に設けられた少なくとも２つの距離判定部と、
　前記加工物の表面に対する前記加工軸の角度を変更する角度変更アクチュエータと、
　前記距離判定部から入力される距離判定信号に基づいて、複数の前記距離判定部と前記加工物との距離が等距離になるまで前記角度変更アクチュエータを駆動する制御部と、
を具備してなる請求項１に記載の面直倣い機構。
　前記距離判定部は、前記加工物までの距離が所定の距離になった所でＯＮ／ＯＦＦが切り替えられるＯＮ／ＯＦＦセンサーであり、そのＯＮ／ＯＦＦ切替え点が、前記加工軸の軸方向で前記加工接触点に並ぶ高さに設定されている請求項２に記載の面直倣い機構。
　前記距離判定部は、前記加工物の前記加工接触点を囲んで複数設けられ、
　前記制御部は、所定の割合を越える数の前記距離判定部から、前記加工接触点に並ぶ高さになったという信号が入力された時に、前記加工軸の軸線が前記法線に近似したと判断する請求項３に記載の面直倣い機構。
　前記角度変更アクチュエータは、前記加工軸の軸方向に距離を空けて設けられた第１の伸縮駆動部と第２の伸縮駆動部とを備えてなり、
　前記加工接触点から前記第１の伸縮駆動部までの距離をＲ１、前記加工接触点から前記第２の伸縮駆動部までの距離をＲ２、前記第１の伸縮駆動部の伸長量をＸ１、前記第２の伸縮駆動部の伸長量をＸ２とした場合に、
　前記制御部は、前記Ｘ１と前記Ｘ２との比率が、常に前記Ｒ１と前記Ｒ２との比率と同じになるように前記第１の伸縮駆動部と前記第２の伸縮駆動部とを駆動する請求項２から４のいずれかに記載の面直倣い機構。
　前記加工軸の軸線が原点に復帰したことを検知する原点復帰検知部をさらに備え、
　前記制御部は、前記原点復帰検知部から入力される原点復帰信号に基づいて、前記加工軸の軸線が原点に復帰したことを認識し、前記角度変更アクチュエータを駆動する請求項２から５のいずれかに記載の面直倣い機構。
　前記加工軸の軸線を前記法線に沿わせた後で、該加工軸の角度を固定するブレーキ部をさらに備えている請求項１から６のいずれかに記載の面直倣い機構。
　前記加工軸の軸線を前記法線に沿わせる際に前記加工接触点に当接する当接部と、
　前記加工軸を前記当接部から出没させる加工軸アクチュエータと、
を具備してなる請求項１から７のいずれかに記載の面直倣い機構。
　前記加工軸は、前記加工接触点に接触する接触点における直交座標系の３軸のうち、
　第１軸は前記加工軸の軸線と一致し、前記第１軸を含み第２軸に直交する平面視においては前記第２軸を回転中心とするとともに、
　前記第１軸を含み第３軸に直交する平面視においては前記第３軸を回転中心として回動可能である請求項１から８いずれかに記載の面直倣い機構。
　加工物を固定する治具枠と、
　加工機を支持する加工機支持体と、
　前記治具枠と前記加工機支持体とを切り離し可能に連結する連結部と、
　前記治具枠と前記加工機支持体とが前記連結部により連結された状態で、前記加工機の加工軸の軸線を前記加工物に指向させ、且つ前記加工機を前記加工機支持体に対して座標位置調整する座標位置調整部と、
　請求項１から９のいずれかに記載の面直倣い機構と、
を具備してなる加工装置。
　前記治具枠および前記加工機支持体は、当該加工装置が設置される設置面上を移動可能である請求項１０に記載の加工装置。
　加工物を治具枠に固定する加工物固定ステップと、
　前記治具枠に固定された前記加工物の加工接触点に加工機の座標位置を合わせる位置決めステップと、
　前記加工接触点に前記加工機を突き当てる突き当てステップと、
　前記加工機の加工軸の軸線を前記加工物の前記加工接触点を通る法線に沿わせる面直倣いステップと、
　前記加工機の角度を固定する加工機固定ステップと、
　前記加工軸により前記加工物に加工を施す加工ステップと、
　前記治具枠から前記加工物を取り外す加工物取り外しステップと、
を備えてなる加工方法。
　前記面直倣いステップにおいては、前記加工物の前記加工接触点を挟むように前記加工機に設けられた少なくとも２つの距離判定部から入力される距離判定信号に基づいて、複数の前記距離判定部と前記加工物との距離が等距離になるまで、角度変更アクチュエータを駆動して前記加工物の表面に対する前記加工軸の角度を変更する請求項１２に記載の加工方法。