(57)【要約】【課題】非常に簡単な構成で、被加工物の加工位置に多少のばらつきがあっても、加工用ロボット側の加工位置にテーチング内容を変更することなく、面取り等の加工ができる加工工具保持構造、加工用ロボット、及び加工用ロボットを用いた加工方法を提供する。【解決手段】加工工具１３を先端に取り付ける回転工具１０と、該回転工具１０を支持する支持部材２４との間に弾性体２２を設けて、該弾性体２２の弾性力により、前記加工工具１３の位置を前記支持部材２４に対して予め設定した位置Ｐｃに戻す復元力を発揮させる加工工具保持構造１において、前記回転工具１０側と前記支持部材２４側との間に前記弾性体２３のみで連結される部分を設けて、前記回転工具１０を前記弾性体２３を介して前記支持部材２４で支持することを特徴とする加工工具保持構造。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工工具を先端に取り付ける回転工具と、該回転工具を支持する支持部材との間に弾性体を設けて、該弾性体の弾性力により、前記加工工具の位置を前記支持部材に対して予め設定した位置に戻す復元力を発揮させる加工工具保持構造において、前記回転工具側と前記支持部材側との間に前記弾性体のみで連結される部分を設けて、前記回転工具を前記弾性体を介して前記支持部材で支持することを特徴とする加工工具保持構造。
【請求項２】
前記弾性体を前記回転工具の前記加工工具の回転軸に対して、放射状に等間隔を有して配置した３本以上８本以下のコイルばねで形成することを特徴とする請求項１記載の加工工具保持構造。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の加工工具保持構造を備えたことを特徴とする加工用ロボット。
【請求項４】
請求項３記載の加工用ロボットを用いた加工方法において、前記被加工物の加工位置のばらつきに対して予想される位置の最小位置と最大位置に対して、前記加工工具保持構造における前記加工工具の中立位置からの移動可能な範囲を前記最大位置から前記最小位置までの距離以上になるように前記弾性体を設定すると共に、該加工用ロボットへ入力する加工位置を前記最小位置以下の位置とすることを特徴とする加工用ロボットを用いた加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加工物の加工位置に多少のばらつきがあっても、加工用ロボット側の加工位置にテーチング内容を変更することなく、面取り等の加工ができる工具保持構造、加工用ロボット、及び加工用ロボットを用いた加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の製造工程等において、鋼板をプレス加工でせん断すると図４に示すように、被加工物である鋼板２の端部にシャープエッジ２ａが発生する。このシャープエッジ２ａはそれに触れると危険であるので、グランインダで面取り作業する必要があり、従来では、人力で面取り作業を行って、図５に示すように面取り部２ｃを形成していた。
【０００３】
本発明者らは、この人力による面取り作業をロボット化して、より早く、しかも、正確に面取り作業ができるようにすることを考えた。そして、加工用ロボットによるグラインダ加工をするために、加工位置を制御装置にテーチングして、加工用ロボットによる面取り作業を行ってみた。
【０００４】
しかしながら、図６及び図７に示すような加工用ロボットのアーム３１に完全固定された回転工具１０の先端の加工工具１３で、図８に示すように、特定の位置座標Ｑｓに従って面取り作業を行うと、プレス加工して得られた鋼板のパネル２の寸法に生じるバラツキΔＱが、自動車用のバンパーなどでは−０．６ｍｍ〜＋１．５ｍｍと比較的大きいため、加工工具１３がシャープエッジ２ａに触れずに空振りしたり、反対に、削りすぎたりして、不具合が発生してしまうという問題が生じた。
【０００５】
この問題に関連して、引っ張りばねのばね力を利用して加工工具を被加工物に押し付ける方法が提案されており、そのひとつに、面取り加工を迅速に行うために、装置基台にワークを支持して回転駆動するワーク回転台と、工具支持台が移動自在に装着されているコラムとを設け、工具支持台に揺動自在に装着した支持軸に加工ヘッドを装着し、この加工ヘッドで加工工具を回転駆動すると共に、支持軸に取り付けられた揺動レバーに引っ張りコイルばねを装着して、この揺動レバーを介して引っ張りコイルばねのばね力を加工工具に加えて、ワークに対して揺動方向の押し付け力を付勢する面取り装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
また、押圧は押圧手段で行うが復元力としてコイルばねのばね力を使用するものも提案されており、そのひとつとして、物物に開口した貫通孔のバリを除去したり、開口縁の面取りを行ったりするために、被加工物保持用のチャックまたは基台を進退動可能に形成し、この基台上に加工工具を先端に連結する回動工具本体を形成し、この回動工具本体の周方向外周に、回動工具本体を軸線と交差する方向に押圧する押圧手段を複数個形成し、この押圧手段よりも加工工具側に、回転工具本体を基台に接続軸支する軸支部を形成し、この軸支部を基点として、加工工具を円錐状の軌跡で回転させる貫通孔の開口縁加工装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
この貫通孔の開口縁加工装置においては、軸支部の後側で加工工具の後側端面と外周枠の間に、外周方向に互いに引張し合って、加工工具を外周枠の中心部方向に付勢する引張発条（引張コイルばね）を放射状に６個設けて、押圧手段を停止して回動工具本体への押圧力を解除した場合に、回転工具本体が迅速に移動させて、隣接する押圧手段タを順次作動することにより、軸支部を基点として加工工具を滑らかに円錐運動させている。
【０００８】
しかしながら、これらの面取り装置及び貫通孔の開口縁加工装置では、いずれも、加工工具を保持する回転工具本体を、回転軸方向と直交する軸（支持軸、軸支部）周りに揺動させる構成となっており、支持軸とその軸受けや軸支部が必要になり、構造が複雑化し、保守点検も面倒になるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−１１９７９９号公報
【特許文献２】特開平８−３９３２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、非常に簡単な構成で、被加工物の加工位置に多少のばらつきがあっても、加工用ロボット側の加工位置にテーチング内容を変更することなく、面取り等の加工ができる加工工具保持構造、加工用ロボット、及び加工用ロボットを用いた加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するための本発明の加工工具保持構造は、加工工具を先端に取り付ける回転工具と、該回転工具を支持する支持部材との間に弾性体を設けて、該弾性体の弾性力により、前記加工工具の位置を前記支持部材に対して予め設定した位置に戻す復元力を発揮させる加工工具保持構造において、前記回転工具側と前記支持部材側との間に前記弾性体のみで連結される部分を設けて、前記回転工具を前記弾性体を介して前記支持部材で支持して構成される。
【００１２】
この構成によれば、回転工具又は回転工具を固定する固定部材を弾性体のみで連結して支持するため、回転工具を加工工具の回転軸に交差する方向に揺動可能に軸支持する必要がなくなるので、回転工具を支持する支持構造が非常に単純化され、比較的安価な材料で製作できるようになる。また、支持構造の単純化により、保守点検が著しく簡略化される。
【００１３】
そして、弾性体で支持することにより、被加工物の加工位置が予め設定した予定位置から多少ずれていても、弾性体の弾性力に起因する復原力により回転工具を移動して、この回転工具の先端に取り付けた加工工具を加工位置まで移動させて、加工位置で被加工物を加工できる。従って、被加工物の加工位置に多少のばらつきがあっても、加工用ロボットへの位置制御に関するテーチングの内容を変更する必要がなくなり、加工用ロボットによるグラインダ作業による面取り作業等の加工作業が容易となる。
【００１４】
上記の加工工具保持構造において、前記弾性体を前記回転工具の前記加工工具の回転軸に対して、放射状に等間隔を有して配置した３本以上８本以下のコイルばねで形成すると、コイルばねだけで回転工具を支持する支持構造を構成できるので、支持構造が非常に単純化し、保守点検が著しく簡略化する。なお、２本以下とすると回転工具を支持するバランスが取れず、９本以上とすると隣接するコイルばねが干渉したり、構成が複雑化したりする。
【００１５】
また、コイルばねが３方向以上から回転工具又は回転工具を固定する固定部材に弾性力を発揮し、常に加工工具が予め設定した位置になるように復元力が発揮される。更に、コイルばねのばね係数を同じとすると、加工工具の回転方向の周方向に関して、回転工具の変位に対する復原力のバラツキが減少するので、方向性を考えなくて済むようになり、加工用ロボットへの取り付け時に回転工具の取り付け方向を考える必要がなくなり、取り付け作業が単純化する。
【００１６】
上記のような目的を達成するための本発明の加工用ロボットは、上記の加工工具保持構造を備えて構成される。
【００１７】
この構成によれば、回転工具を支持する支持構造を非常に単純化でき、比較的安価な材料で製作できるようになる。また、支持構造が単純化するので、保守点検を著しく簡略化できる。また、被加工物の加工位置にばらつきがあっても、加工用ロボットへの位置制御のテーチングの内容を変える必要がなくなるので、加工用ロボットによるグラインダ作業による面取り作業等の加工が容易となる。
【００１８】
上記のような目的を達成するための本発明の加工用ロボットを用いた加工方法は、上記の加工用ロボットを用いた加工方法において、前記被加工物の加工位置のばらつきに対して予想される位置の最小位置と最大位置に対して、前記加工工具保持構造における前記加工工具の中立位置からの移動可能な範囲を前記最大位置から前記最小位置での距離以上になるように前記弾性体を設定すると共に、該加工用ロボットへ入力する加工位置を前記最小位置以下の位置とすることを特徴とする方法である。
【００１９】
この方法によれば、被加工物の加工位置にばらつきがあっても、加工用ロボットへの位置制御のテーチングの内容を変えずに、面取り作業等の加工を正確に行うことができる。なお、この中立位置とは、加工工具に外力を加えない時に加工工具が静止する位置である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る加工工具保持構造、加工用ロボット、及び加工用ロボットを用いた加工方法によれば、非常に簡単な構成で比較的安価な材料で製作できると共に、被加工物の加工位置にばらつきがあっても、加工用ロボットへの位置制御のテーチングの内容を変えることなく、加工作業ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る加工工具保持構造を示す側断面図である。
【図２】本発明に係る加工工具保持構造を示す図１のＡ−Ａ矢視図である。
【図３】本発明に係る加工工具保持構造における回転工具の移動の様子を示す図である。
【図４】プレス加工によるせん断で生じたシャープエッジを示す断面図である。
【図５】図４のシャープエッジを面取りした後を示す断面図である。
【図６】従来技術の加工工具保持構造を示す側断面図である。
【図７】従来技術の加工工具保持構造を示す図３のＢ−Ｂ矢視図である。
【図８】従来技術の加工工具保持構造を用いた場合の面取り作業を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る実施の形態の加工工具保持構造、加工用ロボット、及び加工用ロボットを用いた加工方法について、図面を参照しながら説明する。以下の説明では、グラインダ作業を行う加工工具を用いて、被加工物としての自動車のバンパーパネルの面取り加工を行う例で説明するが、本発明はこれに限定されず、加工工具に研磨工具、研削工具、穿孔工具等を用いた場合にも適用でき、被加工物としても様々なものに適用できる。
【００２３】
図１〜図３に示すように、加工工具保持構造１は、回転工具１０のケース１１の先端側に保持チャック１２が設けられ、この保持チャック１２に超硬バー等とよばれる先端工具等の加工工具１３を取り付けて固定保持する。
【００２４】
この保持チャック１２が、エア配管１５からのエアの供給により、ケース１１の後端側の駆動部１４に配設されたエアモータによって回転し、この保持チャック１２に保持された加工工具１３が回転する。なお、エアモータの代わりに電動モータを用いる場合には、保持チャック１２が、電線１５からの電力の供給により、ケース１１の後端側の駆動部１４に配設された電気モータによって回転し、この保持チャック１２に保持された加工工具１３が回転することになる。
【００２５】
本発明では、この回転工具１０のケース１１を固定する円環形状の固定部材２１を弾性体であるコイルばね（スプリング）２２で、ロボットアーム３１に固定された支持部材２４に支持する。つまり、回転工具１０を支持する支持部材２４との間にコイルばね２２のみで連携される部分を設けて、回転工具１０をコイルばね２２を介して支持部材２４で支持する。
【００２６】
このコイルばね２２を、回転工具１０の加工工具１３の回転軸Ｒｃに対して、放射状に等間隔を有して配置した３本以上８本以下配置して（図２及び図３では４本）、これらのコイルばね２２の中心に回転工具１０を支持する。つまり、コイルばね２２だけで回転工具１０を支持する。なお、コイルばね２２の本数を２本以下とすると回転工具を支持するバランスが取れず、９本以上とすると隣接するコイルばねが干渉したり、構成が複雑化したりする。また、後述する回転工具１０を固定部材２１に固定する際に用いる固定用ネジ２１ａを配置するスペースを確保することが難しくなる。
【００２７】
また、図１〜図３の構成では、回転工具１０は固定用のネジ２１ａ等で固定部材２１に固定され、この固定部材２１が支持台２４に固定されたばね支持部材２３にコイルばね２２で支持される構成になっている。このコイルばね２２の一端側は、固定部材２１に溶接等で固定されたり、固定部材２１側に設けた突起部（図示しない）に挿入して固定されたりする。一方、他端側は、固定用のネジ２３ａがコイルばね２２の内部に挿入されて支持台２１に固定される。なお、固定部材２１を使用せずに、回転工具１０を直接コイルばね２２で支持してもよいが、この場合には、市販の回転工具１０のケース１１を加工してコイルばね２２を接合する必要が生じる。
【００２８】
また、このコイルばね２２による支持部分は、加工工具保持構造１が傾斜した場合でも、重力により回動工具１０が支持部分周りに回動して傾斜するのを防止できるように、回転工具１０の重心の近傍にすることが好ましい。なお、回転工具１０を略垂直状態で使用する場合には、重力による回動工具１０の傾斜を考えなくてよいので、必ずしも支持部分を重心近傍にする必要はないが、重心よりも後方にすると支持部分よりも重心が上になり、不安定な支持となるので、支持部分は重心より前方とするのが好ましい。
【００２９】
更に、コイルばね２２のばね係数を４本とも同じ値にすると、加工工具１３の回転方向の周方向に関して、回転工具１０の変位に対する復原力のバラツキが減少するので、方向性を考えなくて済むようになり、加工用ロボットへの取り付け時に回転工具１０の取り付け方向を考える必要がなくなり、取り付け作業が単純化する。
【００３０】
なお、弾性体としては、コイルばねが、大きさ、長さ、ばね係数等に関して様々なものが市販されているので入手し易いので、また、耐久性に優れているので好ましいが、この他に、変位範囲や押圧力等によっては、弾性ゴムや気体を入れた袋体等をコイルばねの代わりに用いてもよい。
【００３１】
この構造の加工工具保持構造１では、加工工具１３を先端に取り付ける回転工具１０と、この回転工具１０を支持する支持部材２４との間にコイルばね（弾性体）２２を設けて、このコイルばね２２の弾性力により、加工工具１３の位置を支持部材２４に対して予め設定した位置Ｐｃに戻す復元力を発揮させ、しかも、回転工具１０側と支持部材２４側との間にコイルばね２２のみで連結される部分を設けて、回転工具１０をコイルばね２２を介して支持部材２４で支持して構成される。
【００３２】
この構成によれば、回転工具１０を固定する固定部材２１をコイルばね２２のみで支持するため、回転工具１０を加工工具１３の回転軸Ｒｃに交差する方向に揺動可能に軸支持する必要がなくなる。その結果、回転工具１０を支持する支持構造が非常に単純化され、比較的安価な材料で製作できるようになる。また、支持構造の単純化により、保守点検が著しく簡略化される。
【００３３】
更に、この構成によれば、コイルばね（弾性体）２２を回転工具１０の加工工具１３の回転軸Ｒｃに対して、放射状に等間隔を有して配置した４本のコイルばね２２で形成しているので、回転工具１０を固定する固定部材２１に対して、コイルばね２２が４方向から弾性力を発揮して、加工工具１３を予め設定した中立位置Ｐｃに戻すように復元力が作用する。その結果、加工工具１３と回転工具１０に力が作用していないときには、中立位置Ｐｃに加工工具１３が戻る。
【００３４】
従って、バンパー用パネル（被加工物）２の加工位置Ｑが予め設定した予定位置Ｑｓから多少ずれていても、コイルばね２２の弾性力に起因する復原力により回転工具１０を移動して、加工工具１３を加工位置Ｑまで移動させて、加工位置Ｑでバンパー用パネル２を加工できる。
【００３５】
その結果、バンパー用パネル２の加工位置Ｑに多少のばらつきがあっても、加工用ロボットへの位置制御に関するテーチングの設定位置Ｑｓの内容を変更する必要がなくなり、加工用ロボットによるグラインダ作業による面取り作業等の加工作業が容易となる。
【００３６】
つまり、フローティング保持具である加工工具保持構造１を使用した場合は、ばね支持部材２３の中央にある回転工具１０を４か所のコイルばね２２で抑えることにより、通常時は、そのまま面取りを行い、加工位置Ｑにばらつきがあって設定位置Ｑｓから外れるときには、コイルばね２２の弾性を利用し、バンパー用パネル２の形状の変化に追従させて移動して面取り作業を行うことができる。
【００３７】
また、本発明に係る加工用ロボットは、ロボットアーム３１に上記の加工工具保持構造１を備えて構成される。つまり、ロボットアーム３１の先端側に固定された支持部材２４にばね支持部材２３を固定し、このばね支持部材２３と回転工具１０との間にコイルばね２２のみで連結される部分を設けて、このコイルばね２２で回転工具１０の固定部材２１を支持する。
【００３８】
この加工用ロボットによれば、回転工具１０を支持する支持構造を非常に単純化でき、比較的安価な材料で製作できるようになる。また、支持構造が単純化するので、保守点検を著しく簡略化できる。また、バンパー用パネル２の加工位置Ｑにばらつきがあっても、加工用ロボットへの位置制御のテーチングの設定位置Ｑｓの内容を変える必要がなくなるので、加工用ロボットによるグラインダ作業による面取り作業等の加工が容易となる。
【００３９】
次に、上記の構成の加工用ロボットを用いた加工法について説明する。この加工方法は、図１に示すように、バンパー用パネル２の加工位置Ｑのばらつきに対して予想される位置の最小位置Ｑｍｉｎと最大位置Ｑｍａｘに対して（加工工具１３を当てる側を＋とする）、加工工具保持構造１における加工工具１３の中立位置Ｐｃからの移動可能な範囲ΔＰ（最大変位量ΔＰ、変位位置Ｐｔ）を、最大位置Ｑｍａｘから最小位置Ｑｍｉｎまでの距離ΔＱ以上になるように、コイルばね２２の寸法を設定し、例えば、ΔＰをΔＱの１．０５倍以上１．５倍以下とする。１．０５倍より小さいと余裕分が小さくなり、不完全な面取りが発生する可能性が生じる。また、１．５倍より大きくすると余裕が大き過ぎ、加工工具保持構造１が大きく重くなりロボットアーム３１への負担が大きくなる。また、バンパー用パネル２に加工工具１３を押圧する力の大きさを基にしてコイルばね２２のばね係数を選択する。
【００４０】
更に、加工用ロボットへ入力する設定位置Ｑｓを最小位置Ｑｍｉｎ以下の位置とする。例えば、加工工具１３を当てる側を＋として、Ｑｓ＝Ｑｍｉｎ−ΔＱ×Ｋとして、このＫを０．０５以下０．５以上とする。Ｋを０．０５より小さくすると余裕分が小さくなり不完全な面取りが発生する可能性が生じ、０．５より大きくすると余裕分が大きくなり、その分、ΔＰを大きくする必要が生じ、加工工具保持構造１が大きく重くなりロボットアーム３１への負担が大きくなる。この設定位置Ｑｓに加工工具１３の中立位置Ｐｃが配置されるように、加工用ロボットの位置制御を行う。
【００４１】
この方法によれば、バンパー用パネル２の加工位置Ｑにばらつきがあっても、加工用ロボットへの位置制御のテーチングにおける設定値Ｑｓの内容を変えずに、面取り作業等の加工を正確に行うことができる。
【００４２】
従って、上記の構成の加工工具保持構造１、加工用ロボット、及び加工用ロボットを用いた加工方法によれば、非常に簡単な構成で比較的安価な材料で製作できると共に、バンパー用パネル２の加工位置Ｑにばらつきがあっても、加工用ロボットへの位置制御のテーチングの設定位置Ｑｓの内容を変更することなく、加工作業ができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明の本発明に係る加工工具保持構造、加工用ロボット、及び加工用ロボットを用いた加工方法によれば、非常に簡単な構成で比較的安価な材料で製作できると共に、被加工物の加工位置にばらつきがあっても、加工用ロボットへの位置制御のテーチングの内容を変えることなく、加工作業ができるので、自動車産業等の多くの産業における面取り作業等の加工工程における、加工工具保持構造、加工用ロボット、及び加工用ロボットを用いた加工方法として利用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１、１Ｘ  加工工具保持構造
２  バンパー用パネル（被加工物）
１０  回転工具
１２  保持チャック
１３  加工工具
２１  固定部材
２２  コイルばね（スプリング）
２３  ばね支持部材
２４  支持部材
３１  ロボットアーム
Ｐｃ  加工工具の中立位置
Ｐｔ  変位最大位置
Ｑ  バンパー用パネルの加工位置
Ｑｍｉｎ  加工位置の最小位置
Ｑｍａｘ  加工位置の最大位置
Ｑｓ  設定位置
Ｒｃ  加工工具の回転軸
ΔＰ  加工工具の移動可能な範囲（最大変位量）
ΔＱ  最大位置から最小位置までの距離
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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