(57)【要約】【課題】  ロボットにより被加工面に接触する際に、傷や溝が発生する問題を抑制する。【解決手段】  自動的に表面を研削する方法と装置が記載される。一実施形態の方法は、研削機械が第１の回転速度で駆動されている間に研削工具が前記表面に接触するように、前記研削工具を備えた研削機械をロボット支援により位置決めするステップと、研削工具と前記表面との間の前記接触を検出するステップと、を有する。この方法は、さらに、前記接触の検出に応じて、前記研削工具の回転速度を前記第１の回転速度から第２の回転速度に上げるステップを有する。【選択図】図１
2021517520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面を加工処理する研削装置であって、
マニピュレータ（１）に結合され、モータおよび前記モータによって駆動される研削工具（１１）を有する研削機械（１０）と、
制御部（４）と、
を有し、
前記制御部（４）は、
前記研削工具（１１）の回転速度を調整するように前記研削機械（１０）を制御し、
前記研削機械（１０）が第１の回転速度（ｎ０）で駆動されている場合に、前記研削工具（１１）と前記表面とを接触させるように前記マニピュレータ（１）により前記研削機械（１０）を位置決めし、
前記研削工具（１１）と前記表面との間の接触を検出し、
前記接触の検出に応答して前記研削工具（１１）の回転速度を第１の回転速度（ｎ０）から第２の回転速度（ｎ１）に増加させる
ように構成されている。
【請求項２】
請求項１に記載の研削装置であって、
前記研削工具（１１）と前記表面との接触力を調整するためのアクチュエータ（２０）をさらに有し、
前記制御部（４）は、前記アクチュエータ（２０）の変位又はその変化に基づいて、前記研削工具（１１）と前記表面との間の前記接触を検出するように構成されている。
【請求項３】
請求項２に記載の研削装置であって、
前記制御部（４）は、さらに、前記接触の検出に応答して、前記研削工具（１１）と前記表面との間の接触力を増加させるように構成されている。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の研削装置であって、
前記制御部（４）は、さらに、前記接触の喪失を検出し、前記接触の喪失に応答して前記研削工具（１１）の回転速度を低下させるように構成されている。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の研削装置であって、
前記制御部（４）は、さらに、定義され、予め与えられ得る推移に従って、前記研削工具（１１）の速度を上げるように構成されている。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の研削装置であって、
前記マニピュレータ（１）は産業用ロボットである。
【請求項７】
自動的に表面を研削する方法であって、
研削機械（１０）が第１の回転速度（ｎ０）で駆動されている間に研削工具（１１）が前記表面に接触するように、前記研削工具（１１）を備えた研削機械（１０）をロボット支援により位置決めするステップと、
前記研削工具（１１）と前記表面との間の前記接触を検出するステップと、
前記接触の検出に応じて、前記研削工具（１１）の回転速度を前記第１の回転速度（ｎ０）から第２の回転速度（ｎ１）に上げるステップと、
を有する。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、
マニピュレータ（１）と前記研削機械（１０）の間に配置されたリニアアクチュエータ（２０）により前記接触の接触力を調整するステップを有し、
前記リニアアクチュエータ（２０）の変位またはその変化に基づいて前記研削工具（１１）と前記表面との間の前記接触が検出される。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、
前記接触の検出に応答して、前記研削工具（１１）と前記表面との間の接触力を増加させる。
【請求項１０】
請求項７乃至請求項９の何れか一項に記載の方法であって、さらに、
前記接触の喪失を検出するステップと、
前記接触の喪失の検出に応答して前記研削工具（１１）の回転速度を低下させるステップと
を有する。
【請求項１１】
請求項７乃至請求項１０の何れか一項に記載の方法であって、
定義され、予め与えられ得る推移に従って、前記研削工具（１１）の回転速度が上げられる。
【請求項１２】
請求項７乃至請求項１１の何れか一項に記載の方法であって、
前記研削機械のロボット支援による位置決めは産業用ロボットによって行われる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット支援研削ための研削装置及びワーク面のロボット支援による研削方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ロボット支援型の研削装置では、研削機械（例えば、回転する研削板を研削工具として用いた電動式の研削機械）は、マニピュレータ、例えば産業用ロボットによって案内される。研削機械は、マニピュレータのいわゆるＴＣＰ（Ｔｏｏｌ  Ｃｅｎｔｅｒ  Ｐｏｉｎｔ）と様々な方法で結合することができるので、マニピュレータは実質的に任意に機械の位置と向きを設定することができる。産業用ロボットは通常、位置制御されており、所望の軌跡に沿ってＴＣＰを正確に移動させることができる。ロボット支援研削で良好な結果を得るためには、多くの用途で加工力（研削力）を制御する必要があり、従来の産業用ロボットでは十分な精度を得ることが困難な場合が多かった。産業用ロボットの大きくて重いアームセグメントは、制御装置（閉ループコントローラ）がプロセス力の変動に十分に迅速に反応するには、質量慣性が大きすぎる。この問題を解決するために、マニピュレータのＴＣＰと研削機械との間にマニピュレータのＴＣＰと研削機械とを結合する、産業用ロボットと比較して小型のリニアアクチュエータを配置できる。研削中、リニアアクチュエータは加工力（すなわち、研削工具/研削板とワークとの間の接触圧力）のみを制御し、マニピュレータは位置制御されつつ、リニアアクチュエータと共に研削機械（ひいては研削工具）を予め設定された軌跡に沿って移動させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＤＥ  １０２０１４１１９５３２  Ａ１
【特許文献２】ＤＥ  １０２００６０４９９５６  Ａ１
【特許文献３】ＷＯ  ２０１６１４５４７２  Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
表面の処理には、軌道または偏心研削機械が使用され得る。研削板が被加工面に接触するときには、研削機械のスイッチはすでに入っている（すなわち、研削板が回転している）。ロボットにより被加工面に接触する際に、傷や溝が発生する問題が起こり得る。人間の熟練した作業者は、研削機械を特に穏やかに表面に配置することによって、このような望ましくない効果を回避することができるが、それは、ロボット支援の方法では常に十分に可能ではない。
【０００５】
本発明者は、ロボット支援研削のための改良型研削装置の開発を課題とした。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的は、請求項１に記載の研削装置および請求項６に記載の方法によって達成される。異なる実施形態およびさらなる開発は、従属請求項の主題である。
【０００７】
以下では、表面を加工処理する研削装置が記載される。一実施形態によれば、研削装置は、マニピュレータに結合され、モータおよびモータによって駆動される研削工具を有する研削機械と、制御部と、を有する。制御部は、研削工具の回転速度を調整するように研削機械を制御し、研削機械が第１の回転速度で駆動されている場合に、研削工具と表面とを接触させるようにマニピュレータにより研削機械を位置決めし、研削工具と表面との接触を検出する。そして、接触の検出に応答して研削工具の回転速度を第１の回転速度から第２の回転速度に増加させる。
【０００８】
さらに、自動的に表面を研削する方法が記載される。一実施形態によれは、この方法は、研削機械が第１の回転速度で駆動されている間に研削工具が表面に接触するように、研削工具を備えた研削機械をロボット支援により位置決めするステップと、研削工具と表面との間の接触を検出するステップと、を有する。また、この方法は、さらに、接触の検出に応じて、研削工具の回転速度を第１の回転速度から第２の回転速度に上げるステップを有する。
【発明の効果】
【０００９】
ロボットにより被加工面に接触する際に、傷や溝が発生する問題を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ロボット支援研削装置の一例を模式的に示す図である。
【図２】研削工具とワークとの間の接触の検出に応じた、研削工具の回転数の制御を示す図である。
【図３】研削工具とワークとの間の接触の検出に応じた、接触力の制御と研削工具の回転数の制御を示す図である。
【図４】ロボット支援研削の方法の実施形態を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を、図示された実施形態を用いてより詳細に説明する。図示は必ずしも縮尺に忠実ではなく、本発明は描かれた態様に限定されるものではない。むしろ、発明の基礎となる原理を提示することに重点が置かれている。
【００１２】
本発明の様々な実施形態を詳細に説明する前に、まず、ロボット支援研削装置の一例について説明する。このロボット支援研削装置は、マニピュレータ１、例えば産業用ロボットと、回転する研削工具を備えた研削機械１０（例えば、軌道研削機械）で構成されており、これは、リニアアクチュエータ２０を介してマニピュレータ１のいわゆるツールセンターポイント（ＴＣＰ）に結合されている。また、６自由度を有する産業用ロボットの場合、マニピュレータは、それぞれジョイント３ａ、３ｂ、３ｃによって接続された４つのセグメント２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄから構成され得る。第１セグメントは、通常、基礎４１に固定的に連結されている（これは必ずしもそうでなくても良い）。ジョイント３ｃは、セグメント２ｃとセグメント２ｄとを連結している。ジョイント３ｃは、２軸的であってもよく、セグメント２ｃが水平方向の回転軸（仰角）と垂直方向の回転軸（方位角）を中心に回転できるようにしてもよい。ジョイント３ｂは、セグメント２ｂとセグメント２ｃとを連結し、セグメント２ｃの位置に対してセグメント２ｂの旋回運動を可能にする。ジョイント３ａはセグメント２ａとセグメント２ｂとを連結している。ジョイント３ａは２軸的とすることができ、したがって（ジョイント３ｃと同様に）２方向への旋回運動を可能にする。ＴＣＰは、セグメント２ａに対して固定された相対位置を有しており、セグメント２ａは、通常、セグメント２ａの長手方向軸Ａ（図１において一点鎖線で示され、研削工具の回転軸に対応）を中心とした旋回運動を可能にする回転ジョイント（図示せず）を含んでいる。ジョイントの各軸には、アクチュエータが割り当てられ、これらのアクチュエータにより、それぞれのジョイントの軸を中心とした回転運動が引き起こされ得る。ジョイントのアクチュエータは、ロボット制御部４によってロボットプログラムに従って制御される。様々な産業用ロボット/マニピュレータとそれに関連した制御が知られており、ここではこれ以上の説明はしない。
【００１３】
マニピュレータ１は、通常、位置制御されており、すなわち、ロボット制御部は、ＴＣＰの姿勢（位置および向き）を決定し、ＴＣＰを予め定義された軌跡に沿って移動させることができる。図１において、ＴＣＰが配置されているセグメント２ａの長手方向の軸をＡと表記している。アクチュエータ２０がエンドストップにある場合、ＴＣＰの姿勢は、研削工具の姿勢も規定する。最初に述べたように、アクチュエータ２０は、研削加工中に工具とワーク４０との間の接触力（加工力）を所望の値に設定する。マニピュレータ１による直接的な力の制御は、通常、研削用途にはあまりにも不正確である。それは、マニピュレータ１のセグメント２ａ〜ｃの高い質量慣性により、力のピークの迅速な補正（例えば、研削工具をワーク４０上に配置するとき）が、従来のマニピュレータでは実質的に不可能であるからである。このため、ロボット制御部は、マニピュレータ１のＴＣＰの姿勢（位置及び向き）を制御し、力の制御はもっぱらアクチュエータ２０が行うように構成されている。
【００１４】
既に述べたように、研削加工の間、研削工具とワーク４０との間の接触力ＦＫ（加工力とも呼ばれる）は、研削工具とワーク４０との間の（長手方向軸Ａの方向の）接触力ＦＫが所定の値に対応するように、（リニア）アクチュエータ２０と力制御（これは、例えば、制御部４において実現することができる）とにより設定することができる。その際の接触力は、リニアアクチュエータ２０がワークの表面を押すアクチュエータ力に対する反作用である。ワーク４０と工具との間に接触がない場合、アクチュエータ２０は、ワーク４０への接触力の欠落によりエンドストッパ（アクチュエータ２０に一体化されているため図示せず）へ移動し、所定の力で押し付ける。したがって、この状況（非接触）では、アクチュエータの変位が最大になり、アクチュエータは終端に位置する。マニピュレータ１の位置制御（これも制御部４で実現可能）は、アクチュエータ２０の力制御とは完全に独立して実行され得る。アクチュエータ２０は、研削機械１０の位置決めのために用いられるのではなく、研削プロセス中に所望の接触力ＦＫを設定および維持すること、ならびに工具とワークピースとの間の接触を検出することのみに用いられる。この接触は、例えばアクチュエータが終端の位置から移動したことによって簡単に認識される（アクチュエータの変位ａは最大変位ａＭＡＸよりも小さい）。
【００１５】
アクチュエータは、空気圧アクチュエータ、例えば複動式空気圧シリンダであってもよい。しかし、他の空気圧アクチュエータ、例えばベローズシリンダやエアマッスルなどを使用することも可能である。代替案として、電動ダイレクトドライブ（ギアレス）も考えられる。なお、アクチュエータ２０の作用方向は、必ずしもマニピュレータのセグメント２ａの長手方向軸Ａと一致しない。空気圧アクチュエータの場合、力の制御は、制御弁、制御装置（制御部４に実装されている）、および圧縮空気アキュムレータによって、それ自体公知の方法で実現することができる。しかし、具体的な実装について、これ以上説明することは重要ではないため、詳細な説明は省略する。研削機械には通常、研削ダストを吸引するための吸引装置が設けられている。図１には、吸引装置のホースの接続部１５が示されている。
【００１６】
研削機械１０は、通常、研削板１１を駆動する電動モータを備えている。軌道研削機械では、研削板１１は支持プレートに取り付けられており、この支持プレートには電動モータのモータ軸が接続されている。電気モータとしては、非同期モータまたは同期モータが考えられる。同期モータには、負荷によって速度が変化しない（スリップ角度のみ）という利点があるが、非同期機械では、負荷が増加すると速度が低下する。モータへの負荷は、基本的に、接触力ＦＫおよび研削板１１と加工されるワーク４０の表面との間の摩擦に比例する。
【００１７】
ここで説明する概念は、空気圧モータ（圧縮空気モータ）を備えた研削機械にも適用できる。圧縮空気モータは通常、出力対重量比が低いため、圧縮空気で動作する研削機械は比較的コンパクトにすることができる。回転制御は、（例えば、制御部４によって電気的に制御される）圧力制御バルブ（追加または代替的にスロットルによっても）によって簡単に可能であるが、同期および非同期モータには回転制御用の（例えば、制御部４によって電気的に制御される）周波数コンバータが必要である。
【００１８】
機械加工されるワーク表面の研削板との接触（すなわち、接触イベント）を「滑らか」にするために、研削機械１０のモータは、最初に（接触前に）低速の第１の回転速度ｎ０で駆動され得る。次に、マニピュレータは、研削機械を加工表面の上方に位置させ、研削板１１が加工表面に接触するまで、研削機械を加工表面に向かって移動させる（図１参照）。制御部が接触を検出するとすぐに、モータの回転数が高速の第２の値ｎ１に高められる。接触が失われた後（例えば、マニピュレータ１が研削機械を加工表面から遠ざけるとき）、回転速度は再び値ｎ0まで低下させられ得る。この状態は、図２に示されている。
【００１９】
値ｎ０から値ｎ１までの回転速度の立ち上がり時間Ｔ１は、研削機械及び回転速度制御（下降）のダイナミクスによって制限され得る。これは、回転速度が、突然、切り替えられた場合でも、ｎ０からｎ１への回転速度の増加には所定の時間がかかる。一実施形態によれば、回転速度は、定義された予め設定可能な推移に従って、第１の値ｎ０から第２の値ｎ１に増加される。この場合、所定の時間間隔Ｔ１内で制御された方法で（回転速度制御部によって）回転速度を上げることができる。示されている実施形態では、接触が失われると、時間Ｔ０内に回転速度が再び値ｎ０に低下する。この期間は必ずしも立ち上がり時間Ｔ１と同じである必要はなく、例えば、立ち上がり時間よりも大きくし得る。
【００２０】
図３は、制御部４が接触検出に反応する例を示しており、制御部４は、研削板１１の速度を増加させるだけでなく、アクチュエータ力（アクチュエータが表面に及ぼす力）も制御しつつ調整可能な最小力Ｆ０から開始して所望の接触力ＦＫまで増加させる。一実施形態によれば、アクチュエータ力は、定義された期間ＴＲ内で増加する。アクチュエータ力の増加は直線的であり得るが、必ずしもそうである必要はない。図３の上側の図に示す破線は、非線形（Ｓ字型）のアクチュエータ力の増加を示している。図３の下側の図は、ｎ０からｎ１への回転速度増加を示しており、立ち上がり時間Ｔ１を時間ＴＲよりも短くし得る。
【００２１】
図４は、ここで説明した研削装置によって実行できる方法の一例を示す図である。まず、マニピュレータ／ロボットを用いて研削工具付き研削機械（図１、研削機械１０、研削工具１１参照）を位置決めし、研削機械を第１の回転速度で動作させる（図４、ステップＳｌ参照）。この位置決めは、予め定義された軌跡に沿って研削機械を移動させることを含み得る。位置決めプロセス中に、研削工具が表面に接触しているかどうかが検出される（図４、ステップＳ２参照）。これは、例えば、力制御に使用されるアクチュエータ（図１、アクチュエータ２０参照）の変位の変化により行うことができる。接触が検出されるとすぐ、研削機械のモータの回転数、ひいては研削工具の回転数が第１の回転速度から増加する（図４、ステップＳ２参照）。
【符号の説明】
【００２２】
１…マニュピレータ
４…制御部
１０…研削機械
１１…研削工具
２０…アクチュエータ
ｎ０…第１の回転速度
ｎ１…第２の回転速度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2021517520.tif 000007
2021517520.tif 000008
2021517520.tif 000009
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