WO2021015075A1

WO2021015075A1 - 加工装置、これに用いられる制御装置及び加工装置の制御方法

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Publication number: WO2021015075A1
Application number: PCT/JP2020/027559
Authority: WO
Inventors: 洋輔 ▲高▼橋; 正三ツ橋
Original assignee: シチズン時計株式会社
Priority date: 2019-07-24
Filing date: 2020-07-15
Publication date: 2021-01-28
Also published as: EP4371718A3; EP4005716B1; TWI819227B; JPWO2021015075A1; EP4005716A1; CN114126792A; KR20220038067A; TW202120231A; JP7467469B2; EP4005716A4; EP4371718A2; US20220276635A1

Abstract

被加工物（２）をきさげ加工する加工装置（１、１００）であって、スクレイパー（３）を駆動する駆動部（１０、１０３）と、スクレイパー（３）の位置を検出する第１の検出部（２０）と、被加工物（２）に対するスクレイパー（３）の加工力を検出する第２の検出部（３０）と、スクレイパー（３）の変位の情報を取得する第１の取得部（６０ａ）と、スクレイパー（３）の加工力の情報を取得する第２の取得部（６０ｂ）と、第１の取得部（６０ａ）が取得したスクレイパー（３）の変位の情報と第２の取得部（６０ｂ）が取得したスクレイパー（３）の加工力の情報とに基づいて、スクレイパー（３）の変位及び加工力が所定の関係を満たすように、駆動部（１０、１０３）を制御する制御部（６０ｃ）と、を有することを特徴とする加工装置（１、１００）、これに用いられる制御装置（６０）及び加工装置（１、１００）の制御方法。

Description

加工装置、これに用いられる制御装置及び加工装置の制御方法

　本発明は、被加工物をきさげ加工する加工装置、これに用いられる制御装置及び加工装置の制御方法に関する。

　従来、工作機械に用いられるガイドレールやスライダなどの、鋼材等の金属で形成された被加工物の摺動面となる加工表面に、きさげ加工を自動的に行う加工装置が知られている。

　例えば特許文献１には、バイブレータにより振動する刃先を備えたキサゲ工具（スクレイパー）と、キサゲ工具を把持するロボットアームと、被加工物の被加工面を撮影するカメラと、加工時にキサゲ工具が受ける反力を測定する力センサーとを備え、カメラにより検出した被加工面の多数の凸部をロボットアームによって駆動されるキサゲ工具により切削加工するとともに、当該加工を、キサゲ工具が受ける反力がなくなるまで行うように構成された加工装置が記載されている。

特開２０１６－１３７５５１号公報

　特許文献１に記載された従来の加工装置では、力センサーにより検出される反力のみをフィードバック信号としてロボットアームによるキサゲ工具の動作を制御するようにしている。そのため、キサゲ工具が凸部の切削加工を行っている間に、キサゲ工具が被加工物の被加工面に引っ掛かりを生じて動きが止まった場合であっても、力センサーにより反力が検出されることから当該引っ掛かりの発生を検知することができず、そのまま加工が継続されることにより、キサゲ工具により被加工物の被加工面の一部が深く削られてしまう、という問題が生じるおそれがあった。キサゲ工具により被加工物の被加工面の一部が深く削られてしまうと、当該被加工面の全面をきさげ加工し直して再度平面出しを行う必要があり、著しく生産性が低下することになる。

　本発明は、上記課題を鑑みて成されたものであり、その目的は、被加工物を精度よくきさげ加工することが可能な加工装置、これに用いられる制御装置及び加工装置の制御方法を提供することにある。

　本発明の加工装置は、被加工物をきさげ加工する加工装置であって、スクレイパーを駆動する駆動部と、前記スクレイパーの変位を検出する第１の検出部と、前記被加工物に対する前記スクレイパーの加工力を検出する第２の検出部と、前記第１の検出部により検出された前記スクレイパーの変位の情報を取得する第１の取得部と、前記第２の検出部により検出された前記被加工物に対する前記スクレイパーの加工力の情報を取得する第２の取得部と、前記第１の取得部が取得した前記スクレイパーの変位の情報と前記第２の取得部が取得した前記スクレイパーの加工力の情報とに基づいて、前記スクレイパーの変位及び加工力が所定の関係を満たすように、前記駆動部を制御する制御部と、を有することを特徴とする。

　本発明の加工装置は、上記構成において、前記きさげ加工は、前記被加工物の複数の異なる箇所に対する複数回の切削加工により行われるのが好ましい。

　本発明の加工装置は、上記構成において、前記第１の検出部は、それぞれの切削加工において、前記スクレイパーの、加工開始点を基準位置とした前記被加工物の表面に平行な方向の変位を検出するのが好ましい。

　本発明の加工装置は、上記構成において、前記被加工物が前記スクレイパーにより正常に切削加工されたときの、前記スクレイパーの変位と加工力との相関関係を記憶する記憶部を備え、前記制御部が、前記第１の取得部が取得した前記スクレイパーの変位と前記第２の取得部が取得した前記スクレイパーの加工力との相関関係を前記記憶部に記憶された相関関係と一致させるように、前記駆動部を制御するのが好ましい。

　本発明の加工装置は、上記構成において、前記制御部が、前記被加工物の被加工面に対する前記スクレイパーの高さを変更するように前記駆動部の作動を制御することで、前記第１の取得部が取得した前記スクレイパーの変位と前記第２の取得部が取得した前記スクレイパーの加工力との相関関係を前記記憶部に記憶された相関関係と一致させるのが好ましい。

　本発明の加工装置は、上記構成において、前記スクレイパーは長板状であり、前記制御部は、前記スクレイパーを保持する保持部の高さを変更するように前記駆動部の作動を制御することで、前記被加工物の被加工面に対する前記スクレイパーの高さを変更するのが好ましい。

　本発明の加工装置は、上記構成において、前記制御部が、前記第１の取得部が取得した前記スクレイパーの変位の情報と前記第２の取得部が取得した前記スクレイパーの加工力の情報とに基づいて、前記スクレイパーの高さを変更するように前記駆動部の作動を制御するのが好ましい。

　本発明の制御装置は、駆動部によりスクレイパーを駆動して被加工物をきさげ加工する加工装置に用いられる制御装置であって、前記スクレイパーの変位の情報を取得する第１の取得部と、前記被加工物に対する前記スクレイパーの加工力の情報を取得する第２の取得部と、前記第１の取得部が取得した前記スクレイパーの変位の情報と前記第２の取得部が取得した前記スクレイパーの加工力の情報とに基づいて、前記スクレイパーの変位及び加工力が所定の関係を満たすように、前記駆動部を制御する制御部と、を有することを特徴とする。

　本発明の加工装置の制御方法は、駆動部によりスクレイパーを駆動して被加工物をきさげ加工する加工装置の制御方法であって、前記スクレイパーの変位の情報を取得する第１の取得ステップと、前記被加工物に対する前記スクレイパーの加工力の情報を取得する第２の取得ステップと、前記第１の取得ステップにおいて取得した前記スクレイパーの変位の情報と前記第２の取得ステップにおいて取得した前記スクレイパーの加工力の情報とに基づいて、前記スクレイパーの変位及び加工力が所定の関係を満たすように、前記駆動部を制御する制御ステップと、を有することを特徴とする。

　本発明によれば、被加工物を精度よくきさげ加工することが可能な加工装置、これに用いられる制御装置及び加工装置の制御方法を提供することができる。

本発明の第１実施形態の加工装置の構成を概略で示す説明図である。スクレイパーの変位と時間との相関関係を示す特性線図である。スクレイパーの加工力と時間との相関関係を示す特性線図である。スクレイパーの変位と加工力との相関関係を示す特性線図である。図１に示す第１実施形態の加工装置の制御手順を示すフローチャート図である。図３におけるワーク接触検出の制御手順を示すフローチャート図である。本発明の第２実施形態の加工装置の構成を概略で示す説明図である。カム角度と時間との相関関係を示す特性線図である。スクレイパーの変位と時間との相関関係を示す特性線図である。スクレイパーの加工力と時間との相関関係を示す特性線図である。スクレイパーの変位と加工力との相関関係を示す特性線図である。図５に示す第２実施形態の加工装置の制御手順を示すフローチャート図である。

　図１に示す本発明の第１実施形態の加工装置１は、鋼材等の金属で形成された被加工物としてのワーク２の被加工面２ａに、きさげ加工を自動的に行うものである。

　加工装置１は、切削工具であるスクレイパー３により、架台等の上に設置されたワーク２の被加工面２ａにある微小な凹凸の凸部を、適度に凹部を残すように切削加工するとともに当該切削加工を被加工面２ａの全体の凸部（被加工面２ａの複数の異なる箇所にある複数の凸部）に対して行うことで、被加工面２ａにきさげ加工が行なわれるように構成されている。加工装置１によりきさげ加工されるワーク２は、例えば、工作機械に用いられるガイドレール、スライダなどの摺動面を有する金属（鋼材）製の部材とすることができる。

　本実施の形態においては、スクレイパー３がワーク２の被加工面２ａの凸部を切削加工する際の、ワーク２に対するスクレイパー３の送り方向をＹ軸方向とし、ワーク２の被加工面２ａに垂直な方向（上下方向）をＺ軸方向とし、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に垂直な方向をＸ軸方向とする。

　加工装置１は、スクレイパー３を駆動する駆動部として、基台４に支持されたロボットアーム１０を備えている。

　ロボットアーム１０は、一対のアーム部１０ａ、１０ｂと３つの回動部１０ｃ、１０ｄ、１０ｅを備えた多関節ロボットである。アーム部１０ａは回動部１０ｃにより基台４に回動自在に連結されており、アーム部１０ｂは回動部１０ｄによりアーム部１０ａに回動自在に連結されている。スクレイパー３は長板状となっており、根本側の部分においてアーム部１０ｂの先端（保持部）に固定保持されており、回動部１０ｅを中心としてアーム部１０ｂに対して回動自在となっている。ロボットアーム１０は、各回動部１０ｃ、１０ｄ、１０ｅをサーボモータ等の駆動源によって回動させ、スクレイパー３を保持するアーム部１０ｂの先端（保持部）の水平方向の位置及び高さを変更することで、スクレイパー３を駆動してＹ軸方向（送り方向）及びＺ軸方向（上下方向）に移動させることができる。このような構成のロボットアーム１０は、スクレイパー３を切削動作させることができる。また、ロボットアーム１０は、切削動作とは別に、スクレイパー３を上下方向に移動させて切削動作におけるスクレイパー３の高さ（ワーク２に対する切り込み量）を調整することもできる。なお、切削動作におけるスクレイパー３の高さは、スクレイパー３の、ロボットアーム１０の保持部に保持された部分の高さとすることができる。切削動作における、スクレイパー３の、ロボットアーム１０の保持部に保持された部分の高さを変更することで、刃先３ａがワーク２の被加工面２ａに接触した状態のスクレイパー３の刃先３ａと保持部との間における撓み量を変更して、刃先３ａのワーク２に対する切り込み量を微調整することができる。

　加工装置１は、第１の検出部として、スクレイパー撮影用のカメラ２０を備えている。カメラ２０は基台４に取り付けられている。カメラ２０は、ロボットアーム１０により駆動されて移動するスクレイパー３を撮影し、撮影した画像データから、画像認識等の技術を用いて、スクレイパー３の基準位置からの変位（実際の位置）を検出することができる。本実施の形態では、カメラ２０は、スクレイパー３の基準位置（加工開始点）からの、ワーク２の表面に平行なＹ軸方向への変位を検出する。この場合、スクレイパー３の変位の基準位置は、例えばスクレイパー３が切削動作する前に被加工面２ａに最初に接触したときの、Ｘ－Ｙ平面における位置（座標としてＸ軸方向成分及びＹ軸方向成分を含んだ位置）に設定することができる。カメラ２０は、Ｙ軸方向に加えて、スクレイパー３の基準位置からのＺ軸方向への変位及びＸ軸方向への変位を検出する構成とすることもできる。この場合、スクレイパー３の変位の基準位置は、座標としてＸ軸方向成分、Ｙ軸方向成分に加えてＺ軸方向成分を含んだ位置に設定することができる。

　加工装置１は、第２の検出部として、力覚センサー３０を備えている。力覚センサー３０は、ワーク２に対するスクレイパー３の加工力を検出することができる。本実施の形態では、力覚センサー３０として、ワーク２に対するスクレイパー３のＹ軸方向及びＺ軸方向の加工力を検出することができるものが用いられている。

　加工装置１はワーク撮影用のカメラ４０を備えている。カメラ４０は支持枠５の柱部分５ｂに取り付けられており、ワーク２の被加工面２ａの全面を撮影し、撮影した画像データから、画像認識等の技術を用いて、被加工面２ａの凸部の位置（スクレイパー３による切削加工を行うべき切削ポイント）を検出することができる。

　加工装置１は基台４を移動させるための移動機構５０を有している。移動機構５０は、支持枠５のレール部分５ａに沿って移動する移動体５０ａを有しており、移動体５０ａに基台４が取り付けられている。移動機構５０は、移動体５０ａをレール部分５ａに沿って移動させることで、基台４をＹ軸方向に移動させることができる。すなわち、移動機構５０は、被加工面２ａの各切削ポイントに向けて、ロボットアーム１０に駆動されるスクレイパー３をロボットアーム１０及びカメラ２０とともに一括にＹ軸方向に移動させることができる。

　移動機構５０は、基台４及びロボットアーム１０を、Ｙ軸方向に加えてＸ軸方向にも移動させる構成（例えばＸ－Ｙテーブル機構）とすることもできる。これにより、ロボットアーム１０に駆動されるスクレイパー３を、ワーク２の被加工面２ａの全面の任意の切削ポイントに移動させることができる。また、移動機構５０は、移動体５０ａに対して基台４をＺ軸回りに回転させる回転機構を備えた構成とすることもできる。これにより、ロボットアーム１０に駆動されるスクレイパー３の切削方向（移動方向）を変更可能として、ワーク２の被加工面２ａの任意の位置を、任意の方向から切削可能な構成とすることができる。

　加工装置１は制御装置６０を備えている。ロボットアーム１０、カメラ２０、力覚センサー３０、カメラ４０及び移動機構５０は、それぞれ制御装置６０に接続されている。

　制御装置６０は、第１の取得部６０ａ、第２の取得部６０ｂ、制御部６０ｃ及び記憶部６０ｄを有している。

　第１の取得部６０ａは、カメラ２０から入力されるデータに基づいて、スクレイパー３の変位の情報（位置の情報）を取得することができる。制御装置６０は、第１の取得部６０ａが取得したスクレイパー３の変位の情報に基づいて、図２Ａに示すような、スクレイパー３の基準位置からのＹ軸方向への変位と時間との相関関係を認識することができる。

　第２の取得部６０ｂは、力覚センサー３０から入力されるデータに基づいて、ワーク２に対するスクレイパー３の加工力の情報を取得することができる。制御装置６０は、第２の取得部６０ｂが取得したスクレイパー３の加工力の情報に基づいて、図２Ｂに示すような、ロボットアーム１０により駆動されて切削動作するスクレイパー３の加工力と時間との相関関係を認識することができる。

　また、制御装置６０は、スクレイパー３が切削動作する前に被加工面２ａに最初に接触したときに、第２の取得部６０ｂが当該接触圧を加工力として認識することにより、スクレイパー３の基準位置の設定を行うことができる。

　さらに、制御装置６０は、図２Ａに示されるスクレイパー３の変位と時間との相関関係と、図２Ｂに示すスクレイパー３の加工力と時間との相関関係とに基づいて、図２Ｃに示すようなスクレイパー３の変位と加工力との相関関係を認識することができる。図２Ｃには、スクレイパー３が正常にワーク２の切削加工を行ったときの、スクレイパー３の変位と加工力との相関関係を示す。図２Ｃに示す特性線図において、相関関係を示す破線よりも上方側は、スクレイパー３がワーク２に対して引っ掛かりや深堀りを生じるなどして、正常時に対して変位が加工力に対して小さくなった領域であり、相関関係を示す破線よりも下方側は、スクレイパー３がワーク２に対して空振りや浅堀りを生じるなどして、正常時に対して加工力が変位に対して小さくなった領域である。

　制御部６０ｃは、スクレイパー３に切削動作を行わせるように、ロボットアーム１０の作動を制御することができる。

　記憶部６０ｄは、カメラ２０、力覚センサー３０、カメラ４０などから入力されるデータ、制御部６０ｃがスクレイパー３を切削動作させるようにロボットアーム１０を制御するためのプログラム、制御部６０ｃにより演算された演算結果等のデータなどを記憶することができる。また、記憶部６０ｄは、ロボットアーム１０に駆動されるスクレイパー３によってワーク２の被加工面２ａの凸部が正常に切削加工されたときに、当該切削加工の際のスクレイパー３の基準位置に対する変位と加工力との相関関係を、正常な相関関係として記憶することができる。

　本実施の形態の加工装置１では、制御部６０ｃは、スクレイパー３に切削動作を行わせるロボットアーム１０の作動制御において、カメラ２０により検出されたスクレイパー３の変位と力覚センサー３０により検出されたスクレイパー３の加工力とに基づいて、スクレイパー３がワーク２の切削加工を行っている間、スクレイパー３が加工力を発生し且つ移動し続けるように、ロボットアーム１０の作動を制御するようになっている。

　制御部６０ｃによる当該制御は、第１の取得部６０ａが取得したスクレイパー３の変位の情報と第２の取得部６０ｂが取得したスクレイパー３の加工力の情報とに基づいて、スクレイパー３の変位及び加工力が所定の関係を満たすように、ロボットアーム１０の作動を制御することにより行われる。

　より具体的には、制御部６０ｃは、切削加工を行っているときに、カメラ２０により検出されるスクレイパー３の変位の情報と力覚センサー３０により検出されるスクレイパー３の加工力の情報とから得られるスクレイパー３の変位と加工力との相関関係を、記憶部６０ｄに記憶されている、正常に切削加工が行われたときのスクレイパー３の変位と加工力との相関関係と一致させるように、ロボットアーム１０の作動を制御することにより行われる。

　上記制御においては、制御部６０ｃは、ワーク２の被加工面２ａに対するスクレイパー３の高さを変更するようにロボットアーム１０の作動を制御することで、切削加工を行っているときのスクレイパー３の変位と加工力との相関関係を、記憶部６０ｄに記憶された正常時の相関関係と一致させるように調整する。

　例えば、制御部６０ｃは、切削加工を行っているときのスクレイパー３の変位と加工力との相関関係が、記憶部６０ｄに記憶された正常時のスクレイパー３の変位と加工力との相関関係に対して、スクレイパー３の変位が加工力に対して小さくなる方向に変化しているときには、スクレイパー３がワーク２に対して引っ掛かりないし深堀を生じていると判断して、ワーク２の被加工面２ａに対するスクレイパー３の高さを上げるようにロボットアーム１０の作動を制御する。スクレイパー３の高さを上げることにより、例えばワーク２から受ける反力によるスクレイパー３の撓みを小さくし、これによりスクレイパー３の刃先３ａのワーク２に対する切り込み量ないし押付け力を低減して、スクレイパー３のワーク２に対する引っ掛かりないし深堀を解消することができる。当該制御は、切削加工を行っているスクレイパー３の変位と加工力との相関関係が、記憶部６０ｄに記憶された相関関係と一致するまで、繰り返し実行される。

　反対に、制御部６０ｃは、切削加工を行っているときのスクレイパー３の変位と加工力との相関関係が、記憶部６０ｄに記憶された正常時のスクレイパー３の変位と加工力との相関関係に対して、スクレイパー３の加工力が変位に対して小さくなる方向に変化しているときには、スクレイパー３がワーク２に対して空振りないし浅堀を生じていると判断して、ワーク２の被加工面２ａに対するスクレイパー３の高さを下げるようにロボットアーム１０の作動を制御する。スクレイパー３の高さを下げることにより、例えば、ワーク２から受ける反力によるスクレイパー３の撓みを大きくし、これによりスクレイパー３の刃先３ａのワーク２に対する切り込み量ないし押付け力を増加させて、スクレイパー３のワーク２に対する空振りないし浅堀を解消することができる。当該制御は、切削加工を行っているスクレイパー３の変位と加工力との相関関係が、記憶部６０ｄに記憶された相関関係と一致するまで、繰り返し実行される。

　上記制御においては、制御部６０ｃは、スクレイパー３を保持するアーム部１０ｂの先端（保持部）の高さを変更するようにロボットアーム１０の作動を制御することで、ワーク２の被加工面２ａに対するスクレイパー３の高さを変更する構成とすることができる。これにより、先端においてワーク２の被加工面２ａに当接したスクレイパー３の撓り量（撓み量）を変えて加工力を変更することができるので、スクレイパー３によるワーク２の加工力を微調整することが可能となる。また、上記制御においては、制御部６０ｃは、スクレイパー３の刃先３ａがワーク２の被加工面２ａに接触した状態に維持される範囲でスクレイパー３を保持するアーム部１０ｂの先端（保持部）の高さを変更するように、ロボットアーム１０の作動を制御する構成とすることができる。

　なお、制御部６０ｃは、切削加工を行っているときのスクレイパー３の変位と加工力との相関関係と、記憶部６０ｄに記憶された相関関係とを完全に一致させるようにロボットアーム１０の作動を制御する構成に限らず、切削加工を行っているときのスクレイパー３の変位と加工力との相関関係が、記憶部６０ｄに記憶された正常時の相関関係に対して、予め設定した所定範囲内となるようにロボットアーム１０の作動を制御する構成とすることもできる。

　次に、上記構成の加工装置１の、ワーク２の被加工面２ａをきさげ加工する制御手順ないし制御方法について説明する。

　図３に示すように、まず制御部６０ｃは、移動機構５０により基台４を駆動して、ロボットアーム１０、スクレイパー３及びカメラ２０を基台４とともに最初の切削ポイントに移動させる（ステップＳ１）。

　次に、制御部６０ｃは、スクレイパー３の刃先３ａがワーク２の被加工面２ａに接触したことを検出するワーク接触検出を実行する（ステップＳ２）。ワーク接触検出は、図４に示すように、制御部６０ｃが、ロボットアーム１０を作動させてスクレイパー３を被加工面２ａに向けて降下させ（ステップＳ３）、次いで、制御装置６０の第２の取得部６０ｂが力覚センサー３０からの加工力の情報を取得し（ステップＳ４）、第２の取得部６０ｂが力覚センサー３０からの加工力の情報を取得して制御部６０ｃにより加工力が発生したと判断（ステップＳ５）されたときに、制御部６０ｃが、スクレイパー３の刃先３ａがワーク２の被加工面２ａに接したと判断することで実行される。制御部６０ｃは、スクレイパー３の刃先３ａがワーク２の被加工面２ａに接したと判断すると、スクレイパー３の降下を停止してワーク接触検出を終了する。

　ワーク接触検出により、スクレイパー３の刃先３ａがワーク２の被加工面２ａに接したと判断されると、制御部６０ｃは、このときのスクレイパー３の位置を基準位置として認識する。

　次に、図３に示すように、制御部６０ｃは、ロボットアーム１０によりスクレイパー３を駆動して、スクレイパー３による被加工面２ａの凸部に対する切削加工を開始する（ステップＳ６）。切削加工においては、制御部６０ｃが、スクレイパー３をＹ軸方向にのみ移動させてワーク２の被加工面２ａの凸部を切削させるようにしてもよく、スクレイパー３を、ワーク２の被加工面２ａの凸部をすくいとるようにＹ軸方向に移動させつつ上下方向に移動させるようにしてもよい。

　スクレイパー３による被加工面２ａの凸部に対する切削加工が開始されると、第１の取得部６０ａがカメラ２０により検出されたスクレイパー３の変位を取得するとともに、第２の取得部６０ｂが力覚センサー３０により検出されたスクレイパー３の加工力を取得する（ステップＳ７）。ステップＳ７におけるスクレイパー３の変位と加工力の取得は、ステップＳ６においてスクレイパー３による被加工面２ａの凸部に対する切削加工が開始されてから当該切削加工が終了するまでの間、所定時間毎に繰り返し継続して行われる。

　次に、制御部６０ｃは、ステップＳ６で開始した切削加工が正常に行われたか否かを判断する（ステップＳ８）。当該判断は、制御部６０ｃが、ステップＳ７で同時取得したスクレイパー３の変位及び加工力を、実験等で得た正常の切削加工において同時取得したスクレイパー３の変位及び加工力と比較して判断してもよく、作業者等が被加工面２ａの切削部分を目視で確認して判断するようにしてもよい。

　制御部６０ｃは、ステップＳ８において、切削加工が正常に行われたと判断した場合には、当該切削加工において同時取得したスクレイパー３の変位と加工力との相関関係を、正常時のスクレイパー３の変位と加工力との相関関係として記憶部６０ｄに記録する（ステップＳ９）。

　なお、制御部６０ｃは、ステップＳ８において、切削加工が正常に行われたと判断しない場合には、ステップＳ１に戻り、切削加工が正常に行われたと判断されるまでステップＳ１～Ｓ７が繰り返し行なう。

　正常時のスクレイパー３の変位と加工力との相関関係が記憶部６０ｄに記録（記憶）されると、次に、制御部６０ｃは、移動機構５０により基台４を駆動して、ロボットアーム１０、スクレイパー３及びカメラ２０を基台４とともに次の切削ポイントに移動させる（ステップＳ１０）。

　そして、制御部６０ｃは、ステップＳ２と同様のワーク接触検出（ステップＳ１１）を行ってスクレイパー３の基準位置を設定した後、当該切削ポイントで、スクレイパー３による被加工面２ａの凸部に対する切削加工を開始する（ステップＳ１２）。この切削加工においても、制御部６０ｃが、スクレイパー３をＹ軸方向にのみ移動させてワーク２の被加工面２ａの凸部を切削させるようにしてもよく、スクレイパー３を、ワーク２の被加工面２ａの凸部をすくいとるようにＹ軸方向に移動させつつ上下方向に移動させるようにしてもよい。

　ステップＳ１２において切削加工が開始されると、第１の取得部６０ａが第１の取得ステップとしてカメラ２０により検出されたスクレイパー３の位置ないし変位を取得するとともに、第２の取得部６０ｂが第２の取得ステップとして力覚センサー３０により検出されたスクレイパー３の加工力を取得する（ステップＳ１３）。

　次に、制御部６０ｃは、ステップＳ１３で取得したスクレイパー３の変位と加工力との相関関係が、ステップＳ９で記録した正常時のスクレイパー３の変位と加工力との相関関係に対して、ずれているか否かを判断する（ステップＳ１４）。

　制御部６０ｃは、ステップＳ１４において、ステップＳ１３で取得したスクレイパー３の変位と加工力との相関関係が、ステップＳ９で記録した正常時のスクレイパー３の変位と加工力との相関関係に対して、ずれを生じていると判断すると、次に、当該ずれが、加工力よりも変位が小さくなる方向にずれているか否かを判断する（ステップＳ１５）。

　そして、制御部６０ｃは、ステップＳ１５において、ステップＳ１３で取得したスクレイパー３の変位と加工力との相関関係が、ステップＳ９で記録した正常時のスクレイパー３の変位と加工力との相関関係に対して、加工力よりも変位が小さくなる方向にずれていると判断した場合には、スクレイパー３の高さを上げる方向にロボットアーム１０の作動を制御する（ステップＳ１６）。反対に、制御部６０ｃは、ステップＳ１５において、ステップＳ１３で取得したスクレイパー３の変位と加工力との相関関係が、ステップＳ９で記録した正常時のスクレイパー３の変位と加工力との相関関係に対して、加工力よりも変位が小さくなる方向にずれているとは判断しない場合には、スクレイパー３の高さを下げる方向にロボットアーム１０の作動を制御する（ステップＳ１７）。ステップＳ１６、Ｓ１７においては、制御部６０ｃは、スクレイパー３の刃先３ａがワーク２の被加工面２ａに接触した状態に維持される範囲でスクレイパー３を保持するアーム部１０ｂの先端（保持部）の高さを変更するように、ロボットアーム１０の作動を制御する。当該制御は、制御部６０ｃが、ステップＳ１４において、ステップＳ１３で取得したスクレイパー３の変位と加工力との相関関係が、ステップＳ９で記録した正常時のスクレイパー３の変位と加工力との相関関係に対して、ずれを生じていないと判断するまで繰り返し実行する。

　制御部６０ｃは、上記のステップＳ１４～Ｓ１７からなる制御ステップを行った後、さらにスクレイパー３による切削加工を継続し（ステップＳ１８）、ステップＳ１９において制御部６０ｃが、切削加工が終了したと判断するまで、ステップＳ１４～Ｓ１８を繰り返し実行する。

　制御部６０ｃは、ステップＳ１９において切削加工が終了したと判断すると、ステップＳ２０においてワーク２の被加工面２ａの全面の複数の異なる箇所に対する複数回の切削加工が終了したと判断するまで、ステップＳ１０～Ｓ１９を繰り返し実行する。そして、制御部６０ｃは、ステップＳ２０において、ワーク２の被加工面２ａの全面の複数の異なる箇所に対する複数回の切削加工が終了したと判断すると、きさげ加工を終了する。

　このように、本実施の形態の加工装置１では、カメラ２０で検出したスクレイパー３の変位と力覚センサー３０で検出したスクレイパー３の加工力とに基づいて、きさげ加工を行っている間、スクレイパー３が加工力を発生し且つ移動し続けるように、制御装置６０によりロボットアーム１０を制御するようにしたので、スクレイパー３がワーク２に対して引っ掛かりを生じても、これを検知し、スクレイパー３のワーク２に対する引っ掛かりを解消するようにロボットアーム１０を制御することができる。これにより、スクレイパー３によりワーク２が不意に深堀りされることを防止して、ワーク２を精度よくきさげ加工することができる。

　また、本実施の形態の加工装置１では、ワーク２がスクレイパー３により正常に切削加工されたときの、スクレイパー３の変位と加工力との相関関係を記憶部６０ｄに記録し、その後の切削加工においては、カメラ２０により検出されたスクレイパー３の変位と力覚センサー３０により検出されたスクレイパー３の加工力とから得たスクレイパー３の変位と加工力との相関関係を、記憶部６０ｄに記憶された正常時の相関関係と一致させるように、ロボットアーム１０を制御するようにしたので、上記制御を簡単な構成で精度よく行うことができる。

　さらに、本実施の形態の加工装置１では、ワーク２の被加工面２ａに対するスクレイパー３の高さを変更するようにロボットアーム１０の作動を制御することで、カメラ２０により検出されたスクレイパー３の変位と力覚センサー３０により検出されたスクレイパー３の加工力とから得たスクレイパー３の変位と加工力との相関関係を、記憶部６０ｄに記憶された相関関係と一致させるようにしたので、簡単な構成で精度よくスクレイパー３のワーク２に対する引っ掛かりや深堀りを防止することができるとともに、スクレイパー３のワーク２に対する空振りや浅堀りを簡単な構成で精度よく防止することもできる。

　図５は、本発明の第２実施形態の加工装置１００の構成を概略で示す説明図である。なお、図５において、前述した部材に対応する部材には同一の符号を付してある。

　図５に示す第２実施形態の加工装置１００は、スクレイパー３を駆動する駆動部として、加工装置１におけるロボットアーム１０に代えて、カム機構１０１とボールネジ機構１０２とを備えた駆動装置１０３を備えている。

　駆動装置１０３は支持体１０４を有し、カム機構１０１は支持体１０４に設けられている。スクレイパー３は先端に刃先３ａを有する真っ直ぐな棒状となっており、刃先３ａをワーク２の被加工面２ａに向けた姿勢で支持体１０４のガイド部１０４ａに支持されている。スクレイパー３は、ガイド部１０４ａに案内されて、その軸方向に進退移動自在である。スクレイパー３の刃先３ａとは反対側の基端には板状体３ｂが固定されており、板状体３ｂとガイド部１０４ａとの間にはスプリング１０５が配置されている。スプリング１０５は、スクレイパー３を、その刃先３ａがワーク２の被加工面２ａから離れる方向に付勢している。

　カム機構１０１は、支持体１０４に回転自在に支持されたカム１０１ａを有している。カム１０１ａは板状体３ｂに当接している。カム１０１ａは駆動軸１０１ｂに固定されており、駆動軸１０１ｂが電動モータ等の駆動源１０１ｃにより回転駆動されることで、駆動軸１０１ｂを中心として回転するようになっている。カム１０１ａが回転すると、スクレイパー３は軸方向に沿って前後方向に移動する。

　ボールネジ機構１０２は基台４と支持体１０４との間に設けられており、基台４に対して支持体１０４を上下方向に移動させることができる。

　カム機構１０１の駆動源１０１ｃ及びボールネジ機構１０２は、それぞれ制御装置６０に接続され、制御装置６０によりその作動が制御される。制御装置６０は、カム機構１０１によりスクレイパー３を進出方向に移動させつつボールネジ機構１０２によりスクレイパー３の高さを調整するように、カム機構１０１の駆動源１０１ｃ及びボールネジ機構１０２を制御する。当該制御により、スクレイパー３に切削動作を行わせることができる。

　また、制御装置６０は、ボールネジ機構１０２の作動を制御して、切削動作とは別に、スクレイパー３を上下方向に移動させて切削動作におけるスクレイパー３の高さ（ワーク２に対する切り込み量）を調整することもできる。

　図６Ａに示すように、カム１０１ａのカム角度（回転角度）が時間に比例して増加する。これに対し、図１の加工装置１と同様に、制御装置６０は、第１の取得部６０ａが取得したスクレイパー３の位置の情報に基づいて、図６Ｂに示すような、スクレイパー３の基準位置からのＹ軸方向への変位と時間との相関関係と、図６Ｃに示すような、スクレイパー３の加工力と時間との相関関係を認識することができるとともに、これらの相関関係に基づいて、図６Ｄに示すようなスクレイパー３の変位と加工力との相関関係を認識することができる。この場合においても、図６Ｄに示す特性線図において、相関関係を示す破線よりも上方側は、スクレイパー３がワーク２に対して引っ掛かりや深堀りを生じるなどして、正常時の相関関係に対して変位が加工力に対して小さくなった領域であり、相関関係を示す破線よりも下方側は、スクレイパー３がワーク２に対して空振りや浅堀りを生じるなどして、正常時の相関関係に対して加工力が変位に対して小さくなった領域である。

　次に、第２実施形態の加工装置１００の、ワーク２の被加工面２ａをきさげ加工する制御手順ないし制御方法について説明する。

　図７に示すように、まず制御部６０ｃは、移動機構５０により基台４を駆動して、駆動装置１０３、スクレイパー３及びカメラ２０を基台４とともに最初の切削ポイントに移動させる（ステップＳ１）。

　次に、制御部６０ｃは、カム１０１ａの回転を開始させ、駆動装置１０３によりスクレイパー３を駆動させて、スクレイパー３による被加工面２ａの凸部に対する切削加工を開始する（ステップＳ２）。

　なお、ステップＳ１とステップＳ２との間に、図４に示すワーク接触検出を実行するようにしてもよい。

　スクレイパー３による被加工面２ａの凸部に対する切削加工が開始されると、第１の取得部６０ａがカメラ２０により検出されたスクレイパー３の変位を取得するとともに、第２の取得部６０ｂが力覚センサー３０により検出されたスクレイパー３の加工力を取得する（ステップＳ３）。ステップＳ３におけるスクレイパー３の変位と加工力の取得は、ステップＳ２においてスクレイパー３による被加工面２ａの凸部に対する切削加工が開始されてから当該切削加工が終了するまでの間、所定時間毎に繰り返し継続して行われる。

　次に、制御部６０ｃは、ステップＳ２で開始した切削加工が正常に行われたか否かを判断する（ステップＳ４）。当該判断は、制御部６０ｃが、ステップＳ３で同時取得したスクレイパー３の変位と加工力とを、実験等で得た正常の切削加工において同時取得したスクレイパー３の変位と加工力と比較して判断してもよく、作業者等が被加工面２ａの切削部分を目視で確認して判断するようにしてもよい。

　制御部６０ｃは、ステップＳ４において、切削加工が正常に行われたと判断した場合には、当該切削加工において同時取得したスクレイパー３の変位と加工力との相関関係を、正常時のスクレイパー３の変位と加工力との相関関係として記憶部６０ｄに記録する（ステップＳ５）。

　なお、制御部６０ｃは、ステップＳ４において、切削加工が正常に行われたと判断しない場合には、ステップＳ１に戻り、切削加工が正常に行われたと判断されるまでステップＳ１～Ｓ３が繰り返し行なう。

　正常時のスクレイパー３の変位と加工力との相関関係が記憶部６０ｄに記録されると、次に、制御部６０ｃは、移動機構５０により基台４を駆動して、駆動装置１０３、スクレイパー３及びカメラ２０を基台４とともに次の切削ポイントに移動させる（ステップＳ６）。そして、制御部６０ｃは、当該切削ポイントで、カム１０１ａの回転を開始して、スクレイパー３による被加工面２ａの凸部に対する切削加工を開始する（ステップＳ７）。

　ステップＳ７において切削加工が開始されると、第１の取得部６０ａが第１の取得ステップとしてカメラ２０により検出されたスクレイパー３の変位を取得するとともに、第２の取得部６０ｂが第２の取得ステップとして力覚センサー３０により検出されたスクレイパー３の加工力を取得する（ステップＳ８）。

　次に、制御部６０ｃは、ステップＳ８で取得したスクレイパー３の変位と加工力との相関関係が、ステップＳ５で記録した正常時のスクレイパー３の変位と加工力との相関関係に対して、ずれているか否かを判断する（ステップＳ９）。

　制御部６０ｃは、ステップＳ９において、ステップＳ８で取得したスクレイパー３の変位と加工力との相関関係が、ステップＳ５で記録した正常時のスクレイパー３の変位と加工力との相関関係に対して、ずれを生じていると判断すると、次に、当該ずれが、加工力よりも変位が小さくなる方向にずれているか否かを判断する（ステップＳ１０）。

　そして、制御部６０ｃは、ステップＳ１０において、ステップＳ８で取得したスクレイパー３の変位と加工力との相関関係が、ステップＳ５で記録した正常時のスクレイパー３の変位と加工力との相関関係に対して、加工力よりも変位が小さくなる方向にずれていると判断した場合には、スクレイパー３の高さを上げる方向に駆動装置１０３のボールネジ機構１０２の作動を制御する（ステップＳ１１）。反対に、制御部６０ｃは、ステップＳ１０において、ステップＳ８で取得したスクレイパー３の変位と加工力との相関関係が、ステップＳ５で記録した正常時のスクレイパー３の変位と加工力との相関関係に対して、加工力よりも変位が小さくなる方向にずれているとは判断しない場合には、スクレイパー３の高さを下げる方向に駆動装置１０３のボールネジ機構１０２の作動を制御する（ステップＳ１２）。当該制御は、制御部６０ｃが、ステップＳ９において、ステップＳ８で取得したスクレイパー３の変位と加工力との相関関係が、ステップＳ５で記録した正常時のスクレイパー３の変位と加工力との相関関係に対して、ずれを生じていないと判断するまで繰り返し実行する。

　制御部６０ｃは、上記のステップＳ９～Ｓ１２からなる制御ステップを行った後、さらにスクレイパー３による切削加工（カム１０１ａの回転）を継続し（ステップＳ１３）、ステップＳ１４において、制御部６０ｃが、カム１０１ａの回転角度が１８０度となって切削加工が終了したと判断するまで、ステップＳ９～Ｓ１３を繰り返し実行する。

　制御部６０ｃは、ステップＳ１３において切削加工が終了したと判断すると、ステップＳ１５においてカム１０１ａをカム角度１８０度から３６０度にまで回転させてスクレイパー３を元の位置に引き戻す（ステップＳ１５）。

　制御部６０ｃは、ワーク２の被加工面２ａの全面の複数の異なる箇所に対する複数回の切削加工が終了したと判断するまで、ステップＳ６～Ｓ１５を繰り返し実行し、ステップＳ１６においてワーク２の被加工面２ａの全面の複数の異なる箇所に対する複数回の切削加工が終了したと判断すると、きさげ加工を終了する。

　このような本実施の形態の第２実施形態の加工装置１００においても、カメラ２０で検出したスクレイパー３の変位と力覚センサー３０で検出したスクレイパー３の加工力とに基づいて、きさげ加工を行っている間、スクレイパー３が加工力を発生し且つ移動し続けるように、制御装置６０により駆動装置１０３の作動を制御するようにしたので、スクレイパー３がワーク２に対して引っ掛かりを生じても、これを検知し、スクレイパー３のワーク２に対する引っ掛かりを解消するように駆動装置１０３を制御することができる。これにより、スクレイパー３によりワーク２が不意に深堀りされることを防止して、ワーク２を精度よくきさげ加工することができる。

　本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

　例えば、前記実施の形態では、第１の検出部としてカメラ２０を用いるようにしているが、これに限らず、例えばスクレイパー３に第１の検出部として加速度センサーを固定し、当該加速度センサーの検出データからスクレイパー３の実際の位置を認識する構成とするなど、スクレイパー３の実際の位置を検出することができるものであれば、第１の検出部として種々の構成のものを用いることができる。

　また、前記実施の形態では、第２の検出部として、ワーク２に対するスクレイパー３のＹ軸方向及びＺ軸方向の加工力を検出する力覚センサー３０を用いるようにしているが、これに限らず、例えばスクレイパー３のＹ軸方向、Ｚ軸方向及びＸ軸方向の３軸の加工力を検出することができるものなど、ワーク２に対するスクレイパー３の加工力を検出することができれば、種々の構成のものを用いることができる。

　さらに、前記実施の形態では、力覚センサー３０をワーク２に固定するようにしているが、これに限らず、力覚センサー３０をスクレイパー３に固定するようにしてもよい。

　さらに、前記実施の形態では、最初の切削加工が正常に行われたと判断された場合に、当該切削加工において同時取得したスクレイパー３の変位と加工力との相関関係を、正常時のスクレイパー３の変位と加工力との相関関係として記憶部６０ｄに記録するようにしているが、これに限らず、予め実験等を行うことで得た正常時のスクレイパー３の変位と加工力との相関関係、あるいは過去に実施した切削加工時のスクレイパー３の変位と加工力との相関関係を予め記憶部６０ｄに記憶させておき、これらの相関関係を正常時の相関関係として使用するようにしてもよい。

　さらに、前記実施の形態では、スクレイパー３の変位と加工力との相関関係を得るための変位として、スクレイパー３のＹ軸方向の変位を用いるようにしているが、これに限らず、当該変位として、Ｚ軸方向の変位を用いてもよく、Ｙ軸方向の変位とＺ軸方向の変位を合成した変位を用いてもよい。

　さらに、前記実施の形態では、駆動部として、ロボットアーム１０及び駆動装置１０３を例示したが、これらに限らず、スクレイパー３を駆動して切削動作させることができるものであれば、駆動部として、ロボットアーム１０及び駆動装置１０３以外の種々の構成のものを採用することができる。

　　１　　加工装置
　　２　　ワーク（被加工物）
　　２ａ　被加工面
　　３　　スクレイパー
　　３ａ　刃先
　　３ｂ　板状体
　　４　　基台
　　５　　支持枠
　　５ａ　レール部分
　　５ｂ　柱部分
　１０　　ロボットアーム（駆動部）
　１０ａ　アーム部
　１０ｂ　アーム部
　１０ｃ　回動部
　１０ｄ　回動部
　１０ｅ　回動部
　２０　　カメラ（第１の検出部）
　３０　　力覚センサー（第１の検出部）
　４０　　カメラ
　５０　　移動機構
　５０ａ　移動体
　６０　　制御装置
　６０ａ　第１の取得部
　６０ｂ　第２の取得部
　６０ｃ　制御部
　６０ｄ　記憶部
１００　　加工装置
１０１　　カム機構
１０１ａ　カム
１０１ｂ　駆動軸
１０１ｃ　駆動源
１０２　　ボールネジ機構
１０３　　駆動装置（駆動部）
１０４　　支持体
１０４ａ　ガイド部
１０５　　スプリング

Claims

　被加工物をきさげ加工する加工装置であって、
　スクレイパーを駆動する駆動部と、
　前記スクレイパーの変位を検出する第１の検出部と、
　前記被加工物に対する前記スクレイパーの加工力を検出する第２の検出部と、
　前記第１の検出部により検出された前記スクレイパーの変位の情報を取得する第１の取得部と、
　前記第２の検出部により検出された前記被加工物に対する前記スクレイパーの加工力の情報を取得する第２の取得部と、
　前記第１の取得部が取得した前記スクレイパーの変位の情報と前記第２の取得部が取得した前記スクレイパーの加工力の情報とに基づいて、前記スクレイパーの変位及び加工力が所定の関係を満たすように、前記駆動部を制御する制御部と、を有することを特徴とする加工装置。
　前記きさげ加工は、前記被加工物の複数の異なる箇所に対する複数回の切削加工により行われる、請求項１に記載の加工装置。
　前記第１の検出部は、それぞれの切削加工において、前記スクレイパーの、加工開始点を基準位置とした前記被加工物の表面に平行な方向の変位を検出する、請求項２に記載の加工装置。
　前記被加工物が前記スクレイパーにより正常に切削加工されたときの、前記スクレイパーの変位と加工力との相関関係を記憶する記憶部を備え、
　前記制御部が、前記第１の取得部が取得した前記スクレイパーの変位と前記第２の取得部が取得した前記スクレイパーの加工力との相関関係を前記記憶部に記憶された相関関係と一致させるように、前記駆動部を制御する、請求項１～３の何れか１項に記載の加工装置。
　前記制御部が、前記被加工物の被加工面に対する前記スクレイパーの高さを変更するように前記駆動部の作動を制御することで、前記第１の取得部が取得した前記スクレイパーの変位と前記第２の取得部が取得した前記スクレイパーの加工力との相関関係を前記記憶部に記憶された相関関係と一致させる、請求項４に記載の加工装置。
　前記スクレイパーは長板状であり、
　前記制御部は、前記スクレイパーを保持する保持部の高さを変更するように前記駆動部の作動を制御することで、前記被加工物の被加工面に対する前記スクレイパーの高さを変更する、請求項５に記載の加工装置。
　前記制御部が、前記第１の取得部が取得した前記スクレイパーの変位の情報と前記第２の取得部が取得した前記スクレイパーの加工力の情報とに基づいて、前記スクレイパーの高さを変更するように前記駆動部の作動を制御する、請求項１～３の何れか１項に記載の加工装置。
　駆動部によりスクレイパーを駆動して被加工物をきさげ加工する加工装置に用いられる制御装置であって、
　前記スクレイパーの変位の情報を取得する第１の取得部と、
　前記被加工物に対する前記スクレイパーの加工力の情報を取得する第２の取得部と、
　前記第１の取得部が取得した前記スクレイパーの変位の情報と前記第２の取得部が取得した前記スクレイパーの加工力の情報とに基づいて、前記スクレイパーの変位及び加工力が所定の関係を満たすように、前記駆動部を制御する制御部と、を有することを特徴とする制御装置。
　駆動部によりスクレイパーを駆動して被加工物をきさげ加工する加工装置の制御方法であって、
　前記スクレイパーの変位の情報を取得する第１の取得ステップと、
　前記被加工物に対する前記スクレイパーの加工力の情報を取得する第２の取得ステップと、
　前記第１の取得ステップにおいて取得した前記スクレイパーの変位の情報と前記第２の取得ステップにおいて取得した前記スクレイパーの加工力の情報とに基づいて、前記スクレイパーの変位及び加工力が所定の関係を満たすように、前記駆動部を制御する制御ステップと、を有することを特徴とする加工装置の制御方法。