(57)【要約】【課題】  研磨時の押付力を大きくでき、また位置決め精度を向上できるとともに、被研磨物が大型になった場合にも対応可能で、さらに凹形状の被研磨物に対して干渉が発生しにくい、自動研磨装置を提供する。【解決手段】  被研磨物１を研磨する研磨工具２と、主軸モータ３を垂直軸に沿ってボールねじ機構を使って上下させる垂直送り装置４と、被研磨物１をピッチ軸周りに遥動させるピッチ遥動装置５と、被研磨物１をロール軸周りに遥動させるロール遥動装置６と、ピッチ遥動装置５およびロール遥動装置６とを搭載するベース７と、ベース７を水平面内の横方向に並進させる横方向並進装置８およびベース７を水平面内の縦方向に並進させる縦方向並進装置９を備えたものである。これにより研磨に必要な自由度を確保するための６つのモータを、主軸モータ側と被研磨物側とに分散配置することできる。【選択図】    図１
2005081477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予めプログラムされた経路に沿って研磨工具を移動させることにより研磨を行う自動研磨装置において、
被研磨物を研磨する研磨工具と、前記研磨工具を垂直軸周りに旋回させる主軸モータと、前記主軸モータを垂直軸に沿って上下させる垂直送り装置と、前記被研磨物をピッチ軸周りに遥動させるピッチ遥動装置と、前記被研磨物をロール軸周りに遥動させるロール遥動装置と、前記ピッチ遥動装置および前記ロール遥動装置とを搭載するベースと、前記ベースを水平方向に並進させる横方向並進装置および縦方向並進装置とを備えたことを特徴とする自動研磨装置。
【請求項２】
予めプログラムされた経路に沿って研磨工具を移動させることにより研磨を行う自動研磨装置において、
被研磨物を研磨する研磨工具と、前記研磨工具を垂直軸周りに旋回させる主軸モータと、前記主軸モータを垂直軸に沿って上下させる垂直送り装置と、前記主軸モータを水平方向に並進させる横方向並進装置および縦方向並進装置と、前記被研磨物をピッチ軸周りに遥動させるピッチ遥動装置と、前記被研磨物をロール軸周りに遥動させるロール遥動装置と、前記ピッチ遥動装置および前記ロール遥動装置とを搭載するベースとを備えたことを特徴とする自動研磨装置。
【請求項３】
前記研磨工具に加わる研磨力を計測可能な研磨力計測装置を備えるとともに、前記研磨力計測装置で計測した研磨力をもとに、垂直送り装置、横方向並進装置、縦方向並進装置の動作を補正する研磨力補正装置を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の自動研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットを使用して金型の成型面等を研磨する自動研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、研磨作業を自動化する自動研磨装置としては、例えば、第１従来技術（特許文献１を参照）、第２従来技術（特許文献２を参照）に示すものがある。
図５は第１従来技術を示す自動研磨装置の概略構成図である。
図５において、１は金型などの被研磨物、２は被研磨物１を研磨する砥石などの研磨工具、３は研磨工具２を旋回させる主軸モータ、１２は垂直多関節ロボットである。モータ３は垂直多関節ロボット１２の手先部分に取り付けられており、研磨に必要な自由度を確保するために６つのモータを有している。主軸モータ３の回転軸まわりに研磨工具２が回転し、垂直多関節ロボット１２が研磨工具２を被研磨物１に押し当てることにより、被研磨物１の表面を研磨する。
図６はロボットの研磨姿勢の一例を示す側面図であって、（ａ）は研磨面が平面の場合
、（ｂ）は研磨面が自由曲面の場合の加工を示している。図６（ａ）に示すような被研磨物１の底面に対して研磨工具２を垂直に立てると、回転中心は周速ゼロであるために研磨ムラが生じる。また、側面の垂直な壁は研磨工具２を垂直にした状態では研磨不可能である。そこで、垂直多関節ロボット１２の各軸位置を調整して、研磨工具２が研磨面に対して適切な角度をもって接するようにすることが望ましい。また、被研磨物１が図６（ｂ）のような凹形状の自由曲面である場合にも、研磨工具２の姿勢を柔軟に変化させて、研磨面にならうように動作させる必要がある。
【０００３】
次に、第２従来技術である自動研磨装置について説明する。
図７は第２従来技術を示す自動研磨装置の概略構成図、図８は図７のツールヘッドの詳細を示す側面図である。なお、図７において、図５と同符号は相当部分を示している。
第２従来技術が第１従来技術と異なる点は、垂直多関節ロボット１２の手先部と主軸モータ３との間に、ツールヘッド１３が設けられている点である．ツールヘッド１３は、主軸モータ３を回転軸方向に沿って摺動可能なスライダ１３０１と、前記回転軸方向に沿って前記主軸モータ３に押付圧を付勢する加圧シリンダ１３０２と、前記主軸モータ３およびスライダ１３０１を、前記回転軸に垂直な軸周りに旋回自在にする軸体１３０３と、前記主軸モータ３およびスライダ１３０１を、前記軸体１３０３周りに旋回せしめる回転用シリンダ１３０４からなる。本方式によれば、加圧シリンダ１３０２によって、被研磨物１に研磨工具２を所望の圧力で押付けながら、回転用シリンダ１３０４を摺動させることで、被研磨物１の曲面にならう動きを実現することができる。
【特許文献１】特開平５−１３８５３１号公報
【特許文献２】特開平７−１００７５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の垂直多関節ロボットを用いた自動研磨装置では以下の問題があった。
（１）手先の可搬重量が少ないため、主軸モータやツールヘッドを搭載すると研磨時の押付力を大きく取れない。
（２）また、垂直多関節ロボットは６つのモータが直列に接続された構造になっているので、手先部分における剛性を高くできず、このため手先の位置決め精度を確保できない。
（３）さらに、自動車用金型のように被研磨物が大型になった場合に、必要な研磨領域全てに研磨工具を到達させるためには、大型の垂直多関節ロボットを用いなければならず、これがさらに手先の位置決め精度を低下させていた。
（４）ロボット手首関節が大きいため、凹形状の被研磨物と手首関節とが干渉するおそれがあった。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、研磨時の押付力を大きく、また位置決め精度を向上できるとともに、被研磨物が大型になった場合にも対応可能で、さらに凹形状の被研磨物に対して干渉が発生しにくい、自動研磨装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、予めプログラムされた経路に沿って研磨工具を移動させることにより研磨を行う自動研磨装置において、被研磨物を研磨する研磨工具と、前記研磨工具を垂直軸周りに旋回させる主軸モータと、前記主軸モータを垂直軸に沿って上下させる垂直送り装置と、前記被研磨物をピッチ軸周りに遥動させるピッチ遥動装置と、前記被研磨物をロール軸周りに遥動させるロール遥動装置と、前記ピッチ遥動装置および前記ロール遥動装置とを搭載するベースと、前記ベースを水平方向に並進させる横方向並進装置および縦方向並進装置とを備えたことを特徴とするものである。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、予めプログラムされた経路に沿って研磨工具を移動させることにより研磨を行う自動研磨装置において、被研磨物を研磨する研磨工具と、前記研磨工具を垂直軸周りに旋回させる主軸モータと、前記主軸モータを垂直軸に沿って上下させる垂直送り装置と、前記主軸モータを水平方向に並進させる横方向並進装置および縦方向並進装置と、前記被研磨物をピッチ軸周りに遥動させるピッチ遥動装置と、前記被研磨物をロール軸周りに遥動させるロール遥動装置と、前記ピッチ遥動装置および前記ロール遥動装置とを搭載するベースと、を備えたことを特徴とするものである。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、前記研磨工具に加わる研磨力を計測可能な研磨力計測装置を備えるとともに、前記研磨力計測装置で計測した研磨力をもとに、垂直送り装置、横方向並進装置、縦方向並進装置の動作を補正する研磨力補正装置を備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に記載の自動研磨装置によれば、垂直送り装置にボールねじ機構を用いることにより、垂直多関節ロボットを用いた場合に比べて主軸部分の剛性を高めることができる。これにより、研磨時の押付力を大きくできるとともに、垂直方向の位置決め精度を向上できる。
また、縦方向並進装置と横方向並進装置にもボールねじ機構を用いることにより、水平方向の位置決め精度を向上できる。
さらに、被研磨物が大型になった場合には、縦方向並進装置と横方向並進装置の動作範囲を拡大するだけで対応可能であり、研磨工具の位置決め精度も低下しない。
また、ロボットの手首関節に主軸モータが設置されていた場合と比較して、凹形状の被研磨物との干渉を回避できるという効果がある。
【０００９】
請求項２に記載の自動研磨装置によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果が得られる。さらに、横方向並進装置および縦方向並進装置はベース全体ではなく主軸モータと垂直送り装置を駆動するだけなので、負荷が少なくなることにより位置応答性を向上できるという効果がある。
【００１０】
請求項３に記載の自動研磨装置によれば、研磨工具が受ける研磨力に応じて工具先端が柔軟に倣う動作を実現できるので、研磨力を一定に保つことができ、均一な研磨性能を確保することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の具体的実施例を図に基づいて説明する。なお、本発明の構成要素が従来技術と同じものついてはその説明を省略し、異なる点について説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明の第1実施例を示す自動研磨装置の斜視図である。
図において、４は垂直送り装置、５はピッチ遥動装置、６はロール遥動装置、７はベース、８は横方向並進装置、９は縦方向並進装置である。
本発明の特徴は以下のとおりである。
すなわち、主軸モータ３を垂直軸に沿ってボールねじ機構を使って上下させる垂直送り装置４と、被研磨物１をピッチ軸周りに遥動させるピッチ遥動装置５と、被研磨物１をロール軸周りに遥動させるロール遥動装置６と、ピッチ遥動装置５およびロール遥動装置６とを搭載するベースと、ベース７を水平面内の横方向に並進させる横方向並進装置８およびベース７を水平面内の縦方向に並進させる縦方向並進装置９を備えた点である。
具体的に説明すると、ピッチ遥動装置５はピッチ遥動台５０１およびピッチ遥動モータ５０２から構成される。ロール遥動装置６はロール遥動台６０１およびロール遥動モータ６０２から構成される。横方向並進装置８はボールねじ機構８０１および横方向並進モータ８０２から構成される。縦方向並進装置９はボールねじ機構９０１および縦方向並進モータ９０２から構成される。
また、被研磨物１はピッチ遥動台５０１に固定されており、該ピッチ遥動台５０１は、ロール遥動台６０１に対してピッチ軸周りに遥動自在になるように取り付けられている。ピッチ遥動モータ５０２は、ロール遥動台６０１に対してピッチ遥動台５０１をピッチ軸周りに駆動する。
さらに、ロール遥動台６０１は、ベース７に対してロール軸周りに遥動自在になるように取り付けられている。ロール遥動モータ６０２は、ベース７に対してロール遥動台６０１をロール軸周りに駆動する。ベース７は横方向並進装置８上のボールねじ機構８０１に接続されており、横方向並進モータ８０２によって水平面内の横方向に駆動される。
それから、横方向並進装置８は縦方向並進装置９上のボールねじ機構９０１に接続されており、縦方向並進モータ９０２によって水平面内の縦方向に駆動される。
図２は研磨姿勢の一例を示す側面図であって、（ａ）は研磨面が平面の場合、（ｂ）は研磨面が自由曲面の場合の加工を示している。
図２に示すように、主軸モータ３自体は姿勢一定に保たれ、図１に示すピッチ遥動装置５およびロール遥動装置６によって被研磨物１の姿勢を調節する。これにより、研磨工具２の回転中心が被研磨物１に接触することによる研磨ムラを防ぎ、また凹形状の自由曲面に対しても、被研磨物１の姿勢を柔軟に変化させることで、工具先端を研磨面にならわせることができる。
第１実施例は上記構成にしたので、垂直送り装置にボールねじ機構を用いることにより、垂直多関節ロボットを用いた場合に比べて主軸部分の剛性を高めることができる。これにより、研磨時の押付力を大きくできるとともに、垂直方向の位置決め精度を向上できる。
また、縦方向並進装置と横方向並進装置にもボールねじ機構を用いることにより、水平方向の位置決め精度を向上できる。
さらに、被研磨物が大型になった場合には、縦方向並進装置と横方向並進装置の動作範囲を拡大するだけで対応可能であり、研磨工具の位置決め精度も低下しない。また、ロボットの手首関節に主軸モータが設置されていた場合と比較して、被研磨物が凹形状の場合にも干渉を回避できる。
【実施例２】
【００１３】
図３は、本発明の第２実施例を示す自動研磨装置の斜視図である。
第２実施例が第１実施例と異なる点は以下のとおりである。
すなわち、横方向並進装置８は、第１実施例に示したベース７を水平面内の横方向に並進させる構成に替えて、第２実施例では主軸モータ３を水平面内の横方向に並進させる構成にした点である．また、縦方向並進装置９では、第１実施例に示したベース７を水平面内の縦方向に並進させる構成に替えて、第２実施例では主軸モータ３を水平面内の縦方向に並進させる構成にした点である。
具体的に説明すると、垂直送り装置４は横方向並進装置８上のボールねじ機構８０１に接続されており、横方向並進モータ８０２によって水平面内の横方向に駆動される。さらに横方向並進装置８は縦方向並進装置９上のボールねじ機構９０１に接続されており、縦方向並進モータ９０２によって水平面内の縦方向に駆動される。
なお、ピッチ遥動装置５、ロール遥動装置６、横方向並進装置８および縦方向並進装置９の動作については、第１実施例と同じなので、説明を省略する。
第２実施例は上記構成にしたので、第１実施例と同様の効果が得られることは明らかであると共に、横方向並進装置および縦方向並進装置はベース全体ではなく主軸モータと垂直送り装置を駆動するだけなので、負荷が少なくなることにより位置応答性を向上することができる。
【実施例３】
【００１４】
図４は、本発明の第３実施例を示す自動研磨装置の制御ブロック図である。
図４において図１および図３と同符号は相当部分を示している。
第３実施例が第１実施例および第２実施例と異なる点は、研磨工具２に加わる研磨力を計測可能な研磨力計測装置１０を備えた点である。
これは、具体的には例えば主軸モータ３と垂直送り装置４との間に６軸力センサを配置することによって構成できる。また、研磨力計測装置１０の後段に研磨力補正装置１１を設けて、研磨力計測装置１０で計測した研磨力に基づいて、垂直送り装置４、横方向並進装置８および縦方向並進装置９の動作を補正するようになっている。研磨力補正装置１１は、変位量算出部１１０１、加算器１１０２、ドライバ１１０３からなる。変位量算出部１１０１は、研磨力計測装置１０で計測したＸＹＺ各方向の力情報に基づき、仮想の慣性・粘性・弾性を有する質点系モデルの挙動として工具先端がとるべき変位量を算出する。加算器１１０２は、該変位量と、ＣＡＤ等であらかじめ入力された工具先端の位置軌道とを加算し、工具先端位置指令を算出する。該工具先端位置指令は、ＸＹＺ各方向ごとにドライバ１１０３に送信され、ドライバは該指令に従って垂直送り装置４、横方向並進装置８、縦方向並進装置９の各モータを制御する。制御は同一のコントローラ上で実行されるため、各軸の動作は正確に同期して行われる。
第３実施例は上記構成にしたので、研磨工具が受ける研磨力に応じて工具先端が柔軟に倣う動作を実現できるので、研磨力を一定に保つことができ、均一な研磨性能を確保することができる。
【００１５】
なお、研磨力補正装置１１は、主軸モータ側ではなく、被研磨物１とピッチ揺動台５０１との間に設置してもよい。この場合は、被研磨物１の重力成分を取り除いて研磨力を算出する。
また、各並進装置の駆動機構はボールねじに限らず、ベルトあるいはチェーン駆動等を用いても同様の効果が得られる。
また。上記実施例では、主軸モータ機構部分とベース機構部分を別々に構成しているが、これらを図示しない同一の筐体に固定させることで、互いの原点位置を正確に一致させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第1実施例を示す自動研磨装置の斜視図
【図２】第1実施例による研磨姿勢の一例を示す側面図であって、（ａ）は研磨面が平面の場合、（ｂ）は研磨面が自由曲面の場合の加工を示したもの
【図３】本発明の第２実施例を示す自動研磨装置の斜視図
【図４】本発明の第３実施例を示す自動研磨装置の制御ブロック図
【図５】第１従来技術を示す自動研磨装置の概略構成図
【図６】ロボットの研磨姿勢の一例を示す側面図であって、（ａ）は研磨面が平面の場合、（ｂ）は研磨面が自由曲面の場合の加工を示したもの
【図７】第２従来技術を示す自動研磨装置の概略構成図
【図８】図７のツールヘッドの詳細を示す側面図
【符号の説明】
【００１７】
１  被研磨物
２  研磨工具
３  主軸モータ
４  垂直送り装置
５  ピッチ遥動装置
６  ロール遥動装置
７  ベース
８  横方向並進装置
９  縦方向並進装置
１０  研磨力計測装置
１１  研磨力補正装置
１２  垂直多関節ロボット
１３  ツールヘッド
５０１  ピッチ遥動台
５０２  ピッチ遥動モータ
６０１  ロール遥動台
６０２  ロール遥動モータ
８０１  ボールねじ機構
８０２  横方向並進モータ
９０１  ボールねじ機構
９０２  縦方向並進モータ
１１０１  変位量算出部
１１０２  加算器
１１０３  ドライバ
１３０１  スライダ
１３０２  加圧シリンダ
１３０３  軸体
１３０４  回転用シリンダ
【図１】
2005081477.tif 000003
【図２】
2005081477.tif 000004
【図３】
2005081477.tif 000005
【図４】
2005081477.tif 000006
【図５】
2005081477.tif 000007
【図６】
2005081477.tif 000008
【図７】
2005081477.tif 000009
【図８】
2005081477.tif 000010