(57)【要約】【課題】  改良された品質で、精巧な研削または研磨作業を、部分的または完全に自動化することを可能にする。【解決手段】  ワークピース（２００ａ）の表面を加工するための装置（１００）であって、フレーム（１６０）と、前記フレーム（１６０）に第１の方向（ｘ）にスライド可能に支持され、第１のローラ（１０１）が回転可能に支持されているローラキャリア（４０１）と、前記フレーム（１６０）に支持された第２のローラ（１０３）と、前記２つのローラ（１０１、１０３）の回りに導かれるベルト（１０２）であって、前記ベルト（１０２）の張力に基づいて結果として生じるベルト力（ＦＢ、ＦＢ｀）が前記ローラキャリアに作用するベルト（１０２）と、前記フレーム（１６０）と前記第１のローラ（１０１）との間で調整可能なアクチュエータ力（ＦＡ）が前記第１の方向（ｘ）に沿って作用するように前記フレーム（１６０）と前記ローラキャリア（４０１）に機械的に結合されたアクチュエータ（３０２）とを有し、前記ローラキャリア（４０１）に作用する前記結果として生じるベルト力（ＦＢ、ＦＢ｀）が前記アクチュエータ（３０２）の目標変位において、略、前記第１の方向（ｘ）に直交する第２の方向（ｙ）に作用するように前記ベルトが前記第２のローラ（１０３）又は前記第２のローラ（１０３）とその他のローラにより導かれることを特徴とする装置（１００）。【選択図】図２
2018516764.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピース（２００）の表面を加工するための装置（１００）であって、
フレーム（１６０）と、
前記フレーム（１６０）に第１の方向（ｘ）にスライド可能に支持され、第１のローラ（１０１）が回転可能に支持されているローラキャリア（４０１）と、
前記フレーム（１６０）に支持された第２のローラ（１０３）と、
前記２つのローラ（１０１、１０３）の回りに導かれるベルト（１０２）であって、前記ベルト（１０２）の張力に基づいて結果として生じるベルト力（ＦＢ、ＦＢ｀）が前記ローラキャリアに作用するベルト（１０２）と、
前記フレーム（１６０）と前記第１のローラ（１０１）との間で調整可能なアクチュエータ力（ＦＡ）が前記第１の方向（ｘ）に沿って作用するように前記フレーム（１６０）と前記ローラキャリア（４０１）に機械的に結合されたアクチュエータ（３０２）と
を有し、
前記ローラキャリア（４０１）に作用する前記結果として生じるベルト力（ＦＢ、ＦＢ｀）が前記アクチュエータ（３０２）の目標変位において、略、前記第１の方向（ｘ）に直交する第２の方向（ｙ）に作用するように前記ベルトが前記第２のローラ（１０３）又は前記第２のローラ（１０３）とその他のローラにより導かれることを特徴とする装置（１００）。
【請求項２】
前記第１のローラ（１０１）とワークピース（２００）との間、又は、前記第１のローラ（１０１）に接続された回転工具（１０１｀）とワークピース（２００）との間の接触力（ＦＫ）を直接的又は間接的に測定する力測定装置と、
接触力（ＦＫ）が予め設定可能な目標値（ＦＫ、Ｓ）に対応するように前記アクチュエータ力（ＦＡ）を制御するように構成された制御ユニットと
をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記アクチュエータ（３０２）は、空気圧リニアアクチュエータであり、
前記力測定装置は、前記空気圧リニアアクチュエータ内の空気圧（ｐ）を測定するよういに構成された圧力センサである
ことを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記第１のローラ（１０１）は、前記ローラキャリア（４０１）に回転軸の回りに回転可能に支持されており、
前記ローラキャリア（４０１）は、リニアガイド（１４０）により前記第１の方向（ｘ）に沿って前記フレーム（１６０）に対してスライド可能である
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記アクチュエータ（３０２）の目標変位において、前記ベルト（１０２）は、前記第１の方向に対し、略、直角に、前記ローラキャリア（４０１）へ延び、且つ、前記ローラキャリア（４０１）から延びる
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記第１のローラ（１０１）は、前記ローラキャリア（４０１）の第１の端部に支持され、別のローラ（１０１ａ）が前記第１の端部と反対の、前記ローラキャリア（４０１）の第２の端部に支持され、
前記ベルト（１０２）は、前記アクチュエータ（３０２）の公称変位（ｘ０）において、前記ローラキャリア（４０１）に前記第１の方向に前記結果として生じるベルト力がゼロ又は無視できる程度に小さくなるように前記第１のローラ（１０１）と他のローラに対称的に導かれる
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記ローラキャリア（４０１）は、前記ベルト（１０２）を偏向する偏向ローラ（１０１ａ、１０１ｂ）を有し、
前記偏向ローラ（１０１ａ、１０１ｂ）は、アクチュエータ（３０２）の公称変位（ｘ０）において、前記ベルトが前記第１の方向に直交する第１の方向（ｙ）で、前記ローラキャリア（４０１）へ延び、且つ、前記前記ローラキャリア（４０１）から延びるように配置されている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記ベルト（１０２）の張力を調整するテンションローラ（１０５）をさらに有することを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の装置。
【請求項９】
フレーム（１６０）と、
前記フレーム（１６０）に第１の方向（ｘ）にスライド可能に支持され、第１のローラ（１０１）が回転可能に支持されているローラキャリア（４０１）と、
前記フレーム（１６０）と前記ローラキャリア（４０１）に機械的に結合されたアクチュエータ（３０２）と
少なくとも前記第１のローラ（１０１）の回りに導かれ、結果として生じるベルト力（ＦＢ、ＦＢ｀）が前記ローラキャリア（４０１）に作用するベルト（１０２）と
を有する装置（１００）を用いてワークピース（２００）の表面を加工する方法であって、
前記第１のローラ（１０１）に前記ワークピース（２００）を位置決めするステップと、
前記第１のローラ（１０１）と前記ワークピース（２００）との間の接触力（ＦＫ）を測定するステップと、
前記第１のローラ（１０１）と前記ワークピース（２００）との間の接触力（ＦＫ）を調整するステップであって、それにより、前記フレーム（１６０）と前記アクチュエータ（３０２）の間に作用する力が調整され、前記ワークピース（２００）の位置決めの際に、前記アクチュエータ（３０２）の変位が目標変位に対応し、前記ローラキャリア（４０１）に作用する前記結果として生じるベルト力（ＦＢ、ＦＢ｀）が、略、前記第１の方向（ｘ）に直交する第２の方向（ｙ）へ作用するように前記ワークピース（２００）が前記装置（１００）に対して位置決めされるステップと
を有することを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記結果として生じるベルト力（ＦＢ、ＦＢ｀）が前記アクチュエータへ作用する力が目標変位においてゼロであることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記アクチュエータは、空気圧リニアアクチュエータであり、
前記接触力（ＦＫ）の測定は、前記空気圧リニアアクチュエータ内の空気圧（ｐ）を測定することを含むことを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
ロボット支援によりワークピースの表面の加工を行うシステムであって、
加工装置（１００）と、
加工装置（１００）に対して、前記ワークピースの位置決めを行うマニピュレータ（１５０）と
を有し、
前記加工装置（１００）は、
フレーム（１６０）と、
前記フレーム（１６０）に第１の方向（ｘ）にスライド可能に支持され、第１のローラ（１０１）が回転可能に支持されているローラキャリア（４０１）と、
前記フレーム（１６０）に支持される少なくとも１つの第２のローラ（１０３）と、
少なくとも前記２つのローラ（１０１、１０３）の回りに導かれるベルト（１０２）であって、前記ベルト（１０２）の張力に基づいて結果として生じるベルト力（ＦＢ、ＦＢ｀）が前記ローラキャリアに作用するベルト（１０２）と、
前記フレーム（１６０）と前記第１のローラ（１０１）との間で調整可能なアクチュエータ力（ＦＡ）が前記第１の方向（ｘ）に沿って作用するように前記フレーム（１６０）と前記ローラキャリア（４０１）に機械的に結合されたアクチュエータ（３０２）と
を有し、
前記ローラキャリア（４０１）に作用する前記結果として生じるベルト力（ＦＢ、ＦＢ｀）が前記アクチュエータ（３０２）の目標変位において、略、前記第１の方向（ｘ）に直交する第２の方向（ｙ）に作用するように前記ベルト（１０２）が前記第２のローラ（１０３）又は前記第２のローラ（１０３）とその他のローラにより導かれる
ことを特徴とするシステム。
【請求項１３】
前記マニピュレータ（１５０）は、前記アクチュエータ（３０２）の変位が前記アクチュエータ（３０２）の目標変位に対応するように、前記ワークピースを前記加工装置（１００）に対して位置決めすることを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
ワークピース（２００）の表面を加工するための装置（１００）であって、
フレーム（１６０）と、
第１の方向（ｘ）に沿ってスライド可能に、前記フレーム（１６０）に支持される第１のローラ（１０１）と、
前記フレーム（１６０）に固定された第２のローラ（１０３）と、
前記２つのローラ（１０１、１０３）の回りに導かれるベルト（１０２）と、
前記フレーム（１６０）と前記第１のローラ（１０１）との間で、調整可能なアクチュエータ力（ＦＡ）が前記第１の方向（ｘ）に沿って作用するように前記フレーム（１６０）と前記第１のローラ（１０１）に機械的に結合されたアクチュエータ（３０２）と、
前記第１のローラ（１０１）とワークピース（２００）との間、又は、前記第１のローラ（１０１）に接続された回転工具（１０１｀）とワークピース（２００）との間の接触力（ＦＫ）を直接的又は間接的に測定する力測定装置と、
接触力（ＦＫ）が予め設定可能な目標値（ＦＫ、Ｓ）に対応するように前記アクチュエータ力（ＦＡ）を制御するように構成された制御ユニットと
を有することを特徴とする装置（１００）。
【請求項１５】
前記第１のローラ（１０１）は、ローラキャリア（４０１）に回転軸の回りに回転可能に支持されており、
前記ローラキャリア（４０１）は、リニアガイド（１４０）により前記第１の方向（ｘ）に沿って前記フレーム（１６０）に対してスライド可能である
ことを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記ローラキャリア（４０１）には、ベルト力（ＦＢ１、ＦＢ２；ＦＢ１｀、ＦＢ２｀）が作用し、結果として生じるベルト力（ＦＢ；ＦＢ｀）が前記接触力（ＦＫ）の測定の際に考慮されることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記接触力（ＦＫ）の測定の際に考慮される結果として生じるベルト力（ＦＢ；ＦＢ｀）が測定されるか、又は、モデルにより算出されることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記ローラキャリア（４０１）には、ベルト力（ＦＢ１、ＦＢ２；ＦＢ１｀、ＦＢ２｀）が作用し、前記ローラキャリア（４０１）に結果として生じるベルト力（ＦＢ；ＦＢ｀）が前記アクチュエータ（３０２）の公称変位（ｘ０）の際に前記第１の方向（ｘ）にゼロ又は無視できる程度に小さな力成分を有することを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１９】
前記第１のローラ（１０１）は、前記ローラキャリア（４０１）の第１の端部に支持され、別のローラ（１０１ａ）が前記第１の端部と反対の、前記ローラキャリア（４０１）の第２の端部に支持され、
前記ベルト（１０２）は、前記アクチュエータ（３０２）の公称変位（ｘ０）において、前記ローラキャリア（４０１）に前記第１の方向に結果として生じるベルト力がゼロ又は無視できる程度に小さくなるように前記第１のローラ（１０１）と他のローラに対称的に導かれる
ことを特徴とする請求項１５又は請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記ローラキャリア（４０１）は、前記ベルト（１０２）を偏向する偏向ローラ（１０１ａ、１０１ｂ）と有し、
前記偏向ローラ（１０１ａ、１０１ｂ）は、アクチュエータ（３０２）の公称変位（ｘ０）において、前記ベルトが前記第１の方向に直交する第１の方向（ｙ）で、前記ローラキャリア（４０１）へ延び、且つ、前記前記ローラキャリア（４０１）から延びるように配置されている
ことを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項２１】
前記アクチュエータ（３０２）の公称変位（ｘ０）において、前記ベルト（１０２）が前記第１の方向に直交する第２の方向（ｙ）で、前記第１のローラ（１０１）へ延び、且つ、前記第１のローラ（１０１）から延びるように配置されている
ことを特徴とする請求項１４、請求項１５、請求項１８乃至請求項２０の何れか一項に記載の装置（１００）。
【請求項２２】
前記ベルト（１０２）の張力を調整するテンションローラ（１０５）をさらに有することを特徴とする請求項１４乃至請求項２１の何れか一項に記載の装置。
【請求項２３】
前記第１のローラ（１０１）に対して前記ワークピースの位置決めを行うマニピュレータ（１５０）を有することを特徴とする請求項１４乃至請求項２２の何れか一項に記載の装置。
【請求項２４】
フレーム（１６０）と、
第１の方向（ｘ）に沿ってスライド可能に、前記フレーム（１６０）に支持される第１のローラ（１０１）と、
前記フレーム（１６０）に固定された第２のローラ（１０３）と、
前記２つのローラ（１０１、１０３）の回りに導かれるベルト（１０２）と、
前記フレーム（１６０）と前記第１のローラ（１０１）に機械的に結合されたアクチュエータ（３０２）と
を有する、ワークピース（２００）の表面を加工するための装置（１００）を用いてワークピース（２００）の表面加工を行う方法であって、
前記第１のローラ（１０１）と前記ワークピース（２００）の間の接触力（ＦＫ）を測定するステップと、
前記フレーム（１６０）と前記第１のローラ（１０１）との間で前記第１の方向（ｘ）に沿って作用するアクチュエータ力（ＦＡ）を調整するステップと
を有し、
接触力（ＦＫ）が予め設定される目標値（ＦＫ、Ｓ）に対応するように前記アクチュエータ力（ＦＡ）が制御される
ことを特徴とする方法。
【請求項２５】
前記アクチュエータ（３０２）の作用方向で前記アクチュエータ（３０２）の公称変位（ｘ０）に有る際に前記アクチュエータ（３０２）に作用する結果として生ずるベルト力（ＦＢ；ＦＢ｀）が実質的にゼロであるように前記ベルトが導かれることを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばワークピース表面の研削のための、ワークピースの表面の自動研磨加工または平滑化のための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
小規模生産における表面の仕上げは、ほとんどの場合、依然として手作業で行われている。これには多くの時間がかかり、経験豊富な熟練労働者が行う必要がある。最終的な表面に要求される品質要求が高ければ高いほど、この処理ステップはよりコストがかかる。その一例は、表面に対する品質要件が比較的高い車のボンネットの表面である。小規模の場合には、（手による）研削盤を用いた手作業以外でこのような表面品質を生成するための適切な解決法はない。既知の自動グラインダの研削結果はしばしば不適切であり、その調整は非常に時間がかかり、最終仕上げ面に凹凸が発生するのを防ぐために、長いランインおよびランアウト領域を必要とすることが多い。これらの不規則性は、研削ベルトの振動または接触力の緩慢な調節に起因する。接触力は、研削ベルトがワークピース表面に作用する力である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−０８９２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、適切なベアリングによって接触力を制御する装置が記載されている。しかしながら、研削機械の高い慣性質量のために、慣性は必然的に上記の現象につながる。
【０００５】
したがって、本発明の目的は、改良された品質で、精巧な研削または研磨作業を、部分的または完全に自動化することを可能にする装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的は、例えば、請求項１に記載の装置または請求項９に記載の方法および請求項１２に記載のシステムを用いて達成することができる。様々な実施形態およびさらなる展開が、従属請求項の主題である。
【０００７】
以下、被加工物の表面を処理する装置について説明する。一実施形態によれば、この装置は、フレームと、フレームに第１の方向にスライド可能に支持され、第１のローラが回転可能に支持されているローラキャリアとを有する。この装置は、フレームに支持された、少なくとも１つの第２のローラと、２つのローラの回りに少なくとも導かれるベルトであって、ベルトの張力に基づいて結果として生じるベルト力がローラキャリアに作用するベルトとを有する。この装置は、さらに、フレームと第１のローラとの間で調整可能なアクチュエータ力が第１の方向に沿って作用するようにフレームとローラキャリアに機械的に結合されたアクチュエータとを有する。そして、ローラキャリアに作用する結果として生じるベルト力がアクチュエータの目標変位において、略、第１の方向（ｘ）に直交する第２の方向（ｙ）に作用するようにベルトが第２のローラ又は第２のローラとその他のローラにより導かれる。
【０００８】
さらに、ワークピースの表面加工の方法について説明する。一実施形態によれば、この方法では、フレームと、フレームに第１の方向（ｘ）にスライド可能に支持され、第１のローラが回転可能に支持されているローラキャリアと、フレームとローラキャリアに機械的に結合されたアクチュエータと、少なくとも第１のローラの回りに導かれ、結果として生じるベルト力が前記ローラキャリアに作用するベルトとを有する装置が用いられる。この方法は、第１のローラにワークピースを位置決めするステップと、第１のローラとワークピースの間の接触力を測定するステップと、第１のローラとワークピースの間の接触力を調整するステップとを有し、それにより、フレームとアクチュエータの間に作用する力が調整される。そして、ワークピースの位置決めの際に、アクチュエータの変位が目標変位に対応し、ローラキャリアに作用する結果として生じるベルト力が、略、第１の方向に直交する第２の方向へ作用するようにワークピースが装置に対して位置決めされる。したがって、アクチュエータへ作用するベルト力は、理論的にゼロに低減され得る。
【０００９】
さらに、ワークピースのロボットによって支持される表面加工のためのシステムが記載される。一実施形態によれば、このシステムは、加工装置と、加工装置に対して、ワークピースの位置決めを行うマニピュレータとを有する。この加工装置は、フレームと、フレームに第１の方向にスライド可能に支持され、第１のローラが回転可能に支持されているローラキャリアとを有する。この加工装置は、さらに、フレームに支持される少なとも１つの第２のローラと、少なくとも２つのローラの回りに導かれるベルトであって、ベルトの張力に基づいて結果として生じるベルト力がローラキャリアに作用するベルトとを有する。この加工装置は、さらに、フレームと第１のローラとの間で調整可能なアクチュエータ力が第１の方向に沿って作用するようにフレームとローラキャリアに機械的に結合されたアクチュエータを有する。そして、ローラキャリアに作用する結果として生じるベルト力がアクチュエータの目標変位において、略、第１の方向に直交する第２の方向に作用するようにベルトが第２のローラ、又は、第２のローラとその他のローラ、により導かれる
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ワークピースと研削ベルトとの間の接触力は、マニピュレータを用いて生成されるベルト研削装置を示めす図である。
【図２】ベルト研削装置の第１ローラの弾性ベアリングを備えた本発明の一実施形態によるベルト研削装置を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態によるベルト研削装置を示しており、第１のローラにはローラセットが追加されている図である
【図４】動作点（図４（ａ）および図４（ｃ））および動作点外（図４（ｂ））でローラに作用する力をよりよく説明するための図３の装置の詳細を示す図である。
【図５】研削ベルトにおける結果的な張力とワークピースと研削装置との間の接触力がお互いにほぼ直交する別の実施形態を示す図である。
【図６】図６（ａ）は、ローラに作用する力をよりよく示すための図５の装置の詳細を示し、図６（ｂ）は、図６（ａ）の代替例を示す図である。
【図７】図３の例の代替の実施形態を示す図である。
【図８】ワークピースではなく、研削装置がマニピュレータによって案内される変形例を示す図である。
【図９】ベルト力とアクチュエータ力が分離した代替例を示す図である。
【図１０】図示された実施形態による装置における接触力の制御に関するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１２】
本発明は、図面に示されている実施例を参照して以下により詳細に説明される。図面は、必ずしも一定の縮尺ではなく、本発明は図示された態様に限定されない。むしろ、本発明の根底にある原理を表すことに重点が置かれている。
【００１３】
図中、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。
【００１４】
本発明の実施形態は、ベルト研削装置１００に関連して説明される。本発明の他の用途、例えば表面コーティングまたは表面研磨のための他の用途も可能である。
【００１５】
技術的にも光学的にも高品質の表面を仕上げるには、非常に高度な製造精度が要求される。処理期間中にワーク表面２００ａの状態が変化することにより、要求される精度への遵守がより困難になる。そのため、特に小規模の多くの分野では、表面の仕上げは、主に手作業により行われる。既知の研削装置１００の例が図１に示されている。研削装置100は静止しており、少なくとも２つのローラ１０１、１０３によって案内される回転する研削ベルト１０２を有する。この例では、ベルトは時計方向に回転することを前提としている。研削ベルト１０２は、直線的に移動可能に適した軸受１３０（例えは、スライド軸受）によって支持されたテンション要素（テンションローラ）１０５によって張力を受ける。構成要素（ローラ１０１及び１０３、テンション要素１０５）は、１つまたは複数のキャリア４０１、４０２、４０３によってフレーム１６０（機械ベッドまたはハウジング部分など）に接続される。
【００１６】
機械加工の場合、研削ベルト１０２が回転している間に、ワークピース２００の被加工面２００ａが第１のローラ１０１の領域で研削ベルト１０２に押し付けられる。必要な接触力ＦＫ（研削力）は、例えば、手動で、又は、ワークピースを保持するマニピュレータ１５０を用いて調整することができる。マニピュレータ１５０は、例えば、標準産業用ロボット（６自由度）とすることができる。しかしながら、代わりに、他の手動または機械的に作動されるクランプおよび／またはプレス装置をマニピュレータとして使用することもできる。接触力ＦＫのために、作業面２００ａと粉砕ベルト１０２との間に摩擦が生じ、材料の摩耗が生じる。加工結果に影響を及ぼす主な要因は、表面積（研削ベルト１０２とワークピース表面２００ａとの接触面積）当たりの接触力ＦＫ（以下、接触圧とも称する）と、研削ベルト１０２の回転速度である。ワークピースと研削ベルト１０２との間の接触表面積は、研削の過程で著しく変化しないので、接触圧力と接触力ＦＫは事実上比例する。コーナーおよびエッジの領域では、接触面積が小さいために接触力（すなわち、その望ましい基準値）が低減され得る。
【００１７】
均一な研削結果のためには、機械加工プロセス全体にわたって接触力ＦＫの正確な調整（すなわち、制御）が望ましい。既知の自動研削装置における一般的に「剛性の」マニピュレータによる力制御は、特にワークピース２００を研削ベルト上に置く場合には困難であることが判明している。一般に、接触力ＦＫにおける過渡的外乱（力のピーク）は、従来の制御手段によって補償することは非常に困難である。これは、通常、マニピュレータ１５０の可動部分の慣性およびアクチュエータの制限（最小不感時間、最大力またはトルクなど）の結果である。不十分な力制御は、結界として不均一な研削パターンにチャタリング・マークをもたらす。チャタリング・マークは、接触力ＦＫの制御が不十分であることに起因する表面の凹凸である。より高い接触力ＦＫが（一時的に）作用する領域では、ワークピース表面２００ａの空洞は、より大きな材料の摩耗によって引き起こされる。一時的に低い接触力ＦＫが支配的なところでは、除去される材料はより少なく、高さが維持される。経験豊富な労働者は、手で研磨するときにこれらの不正確さを補うことができる。ワークピース表面２００ａが自動的に、特にマニピュレータ１５０の助けを借りて自動的に研削ベルト１０２上に置かれたとき、これらの不正確さは容易に補償することができない。マニピュレータ１５０の高い慣性のため、優勢な研削状況への調整は大きな時間遅延を伴う。加えて、マニピュレータ１５０は、予め定められた所望の位置の周りで様々な程度まで振動する可能性があり、これは、不均一な研削パターンにつながり得る。
【００１８】
ワークピース２００をマニピュレータによって移動させる代わりに、ワークピース２００をクランプして研削盤を移動可能に保持することも可能である。この場合、研削力を制御するアクチュエータが研削機械に連結され、研削機械が（静止した）ワークピースを押圧する。この場合にも、研削盤の質量、ひいてはその慣性が比較的大きく、上述した変形例と同じ問題が存在するという問題がある。
【００１９】
図２に示す例では、ワークピース２００は、マニピュレータ１５０によって保持され位置決めされる。しかし、マニピュレータ１５０は、単純な位置制御のみを必要とし、接触力制御は、以下に説明するように、研削機械１００において実施される。したがって、比較的安価なマニピュレータ（例えば、産業用ロボット）を使用することができ、ワークピースを所望の位置に保持し、それを所望の軌道に沿って移動させることができる。特に、マニピュレータのジョイントには、高価な力センサまたはトルクセンサが必要とされない。力制御のために使用されるアクチュエータ３０２は、この例では、低摩擦および受動的な柔軟性を有するアクチュエータのような単純なリニアアクチュエータであってもよい。例えば、空気圧シリンダ、空気圧筋肉、空気ベローズ、および電気直接駆動（歯車なし）が可能である。この例では、空気圧シリンダがアクチュエータ３０２として使用される。
【００２０】
アクチュエータ３０２は、研削機械１００全体に作用するのではなく、研削機械１００の、動作中に（すなわち、ローラ１０１上の）ワークピースを押すローラにのみ作用する。ローラ１０１は（ローラキャリア４０１を介して）フレーム１６０に直線的にスライド可能に（リニアガイド１４０）支持されている。アクチュエータ３０２は、ローラキャリア４０１とフレーム１６０との間に作用する。この例では、アクチュエータは、ローラキャリア４０１上で、フレーム１６０にしっかりと接続された別のキャリア４０４上に支持される。アクチュエータ３０２の制御に対応して、リニアガイド１４０の移動方向（ｘ方向）に沿って作用するアクチュエータ力ＦＡがローラ１０１に印加される。第１ローラ１０１（およびローラキャリア４０１）の質量が比較的小さいため、アクチュエータ３０２には、低い慣性力しか生じない。
【００２１】
これ以外に、図２に示す研削装置は、図１の先の例の研削装置と同じ構造を有している。第２のローラ１０３は、（ローラ）キャリア４０３を介してフレーム１６０にスライドしないように取り付けられている。この文脈の中では、「スライドしない」という意味は、研削ベルトに適切な張力を設定する目的で、ローラ１０３の位置が変更できないことを意味するものではない。しかしながら、装置の動作中（例えば研削プロセス中）には、ローラ１０３の位置は変化しない。ローラ１０３は駆動され（モータ１０４）、ローラ１０１は方向転換ローラとしてのみ機能する。研削ベルト１０２は、両方のローラ１０１、１０３の周りに案内される。図１の例のように、研削ベルトの引っ張りのテンションを調整するためのテンション装置を設けることができる。テンション装置は、例えば、ベルト１０２上に配置され、研削ベルト１０２に張力をかけるために研削ベルト１０２に対してほぼ直角に移動することができる１つ以上のテンションローラ１０５を備えることができる。本実施形態では、テンションローラ１０５は、リニアガイド１３０によってローラキャリア４０２上に取り付けられ、一方、ローラキャリア４０２はフレーム１６０にしっかりと接続されている。引っ張りの張力は、例えば、ローラキャリア４０２と１つ又は複数のテンションローラ１０５の間に作用するスプリングにより発生させることもできる。
【００２２】
研削ベルト１０２に作用する力は、図２では、ベルト力ＦＢ１（ベルト１０２の上部１０２ａにおける力）およびＦＢ２（ベルト１０２の下部１０２ｂにおける力）として示されているが、２つの力ＦＢ１およびＦＢ２は、それぞれ、ｘ方向の力成分（ＦＢ１、ｘ又はＦＢ２、ｘ）およびｙ方向の力成分（ＦＢ１、ｙ又はＦＢ２、ｙ）を含む。ローラ１０１にｙ方向に作用する結果として生じるベルト力ＦＢ、ｙ（即ち、ＦＢ、ｙ＝ＦＢ１、ｙ＋ＦＢ２、ｙ）は、リニアガイド１４０及びテンション装置によって吸収される。しかし、ローラ１０１にｘ方向に作用する結果として生じるベルト力ＦＢ、ｘ（即ち、ＦＢ、ｘ＝ＦＢ１、ｘ＋ＦＢ２、ｘ）は、アクチュエータ３０２にも作用し、アクチュエータ力ＦＡに作用する。接触力ＦＫについては、固定の場合、以下の値になる。
ＦＫ＝ＦＡ＋ＦＢ、ｘ                          （１）
これは、接触力ＦＫを制御するときに生じるベルト力ＦＢ、ｘを考慮する必要があることを意味する。このためには、ベルト力ＦＢ、ｘを知る必要がある。これは、（例えば、テンション装置内の力センサ及びモータの駆動トルクを用いて）測定するか、または数学的モデルを用いて推定することができる。しかしながら、研削ベルトの正しく偏向することによって、接触力ＦＫに対するベルト力ＦＢ１、ＦＢ２の影響を低減する（理想的な場合には排除する）ことができる。換言すれば、アクチュエータ力ＦＡと、アクチュエータ３０２の動作方向（ｘ方向）における結果としてのベルト力ＦＢ、Ｘとが切り離される。研削ベルト１０２の適切な偏向の一例が図３に示されている。
【００２３】
図３に示す例は、図２の実施形態に実質的に対応し、偏向ローラ１０１に加えて、２つの他の偏向ローラ１０１ａおよび１０１ｂがローラキャリア４０１上に配置されている。さらに、２つの偏向ローラ１２１ａ、１２１ｂが設けられており、これらのローラは、フレーム１６０にスライドしないように取り付けられている。ローラ１０１，１０１ａ、１０１ｂを備えたローラキャリア４０１は、前の実施形態と同様に、リニアガイド１４０によってフレーム１６０に支持されており、ローラキャリア４０１の水平方向（ｘ方向）への移動は許すが、他の自由度を阻止する。偏向ローラ１０１ａ、１０１ｂおよび偏向ローラ１２１ａ、１２１ｂは、アクチュエータ３０２の公称変位ｘ０（目標変位）で、ローラキャリア４０１に作用する結果として生じるベルト力ＦＢ｀がアクチュエータ力ＦＡに対して（少なくともほぼ）直角である。言い換えれば、結果として生じるベルト力ＦＢのｘ成分ＦＢ、ｘ｀はほぼゼロであり、リニアガイド１４０はアクチュエータ３０２からローラキャリア４０１へのｘ方向の力の伝達のみを許容する。前の実施形態と同様に、合成されたベルト力ＦＢ｀は、ベルト１０２の上部１０２ａにおけるベルト力ＦＢ１｀とベルト１０２の下部１０２ｂにおけるベルト力ＦＢ２｀との和に等しい（ＦＢ｀＝ＦＢ１｀＋ＦＢ２｀）。アクチュエータ３０２の変位ｘが公称変位ｘ０に対応するとき、これは動作点ｘ＝ｘ０と示される。
【００２４】
図４は、ローラキャリア４０１（例えば、図３に示す）に作用する力を詳細に示している。図４（ａ）は動作点におけるアクチュエータの変位ｘ＝ｘ０を示している。図４（ｃ）は、図４（ａ）の変形例であり、アクチュエータ力ＦＡがローラキャリア４０１の中心に正確に作用し、動作点におけるすべての力が相殺され、ローラキャリア４０１にトルクが作用しない。アクチュエータの変位ｘ≠ｘ０の場合、ベルト力ＦＢ｀のｘ成分ＦＢ、ｘ｀はもはやゼロではなく、ＦＢ、ｘ｀＝ＦＢ｀・ｓｉｎ（φ）であり、φはｙ方向からの力ベクトルＦＢ｀の角度偏差を示している。これは、角度偏差が３度であると、結果として得られるｘ方向のベルト力ＦＢ｀の約５％がアクチュエータ３０２に外乱力として作用することを意味する。研削機械を設計する際には、この妨害力が無視できる程度になるように動作中の角度偏差φが小さく構成することができる。これに関連して、アクチュエータ３０２によって及ぼされる力ＦＡ（ひいては接触力ＦＫ）が調整されること（のみ）が注目されるべきである。研削動作中のアクチュエータ３０２の実際の変位ｘは、マニピュレータ１５０によって調整されるワークピース２００の位置に依存する。しかしながら、アクチュエータの変位ｘは、偏差角φがゼロである所望の動作点ｘ０に対応するようにマニピュレータは位置制御される。
【００２５】
図４（ａ）および図４（ｂ）には、ローラキャリア４０１に支持されたローラ１０１，１０１ａ、１０１ｂ上の関連する力が詳細に示されている。明確にするために、ｘ方向にスライド可能に支持されたローラ１０１、１０１ａ、１０１ｂと、研削ベルト１０２およびワークピース２００のみが示されている。ローラ１０１、１０１ａ、１０１ｂの回転軸の互いに対する位置は固定されており、動作中は変化しない。アクチュエータ力ＦＡおよび接触力ＦＫは、ローラ上でｘ方向に作用する（他の方向のアクチュエータ力および接触力はリニアガイド１４０によって吸収される）。図４（ａ）において、アクチュエータ変位ｘは動作点ｘ０に対応し、従ってローラ１０１ａ及び１０１ｂに作用するベルト力ＦＢ１｀及びＦＢ２｀は垂直方向に向けられ、水平方向（ｘ方向）に成分を有していない。その結果、アクチュエータ力ＦＡと、結果として生じるベルト力ＦＢ｀＝ＦＢ１｀＋ＦＢ２｀とが分離される。これは、ベルト力ＦＢ１｀とＦＢ２｀がアクチュエータ３０２上に作用する力を与えないことを意味する。図４（ｂ）では、ワークピースが動作点から外れた、すなわちアクチュエータ変位がｘ０に等しく、従って、ローラ１０１ａ及び１０１ｂに作用するベルト力ＦＢ１｀及びＦＢ２｀はもはや垂直方向に（もっぱら）向けられず、代わりにｙ方向に対して角度φで傾斜される状態が示されている。これは、すでに述べたように、結果として生じるベルト力ＦＢ｀がｘ方向の成分、すなわちＦＢ、ｘ｀＝｜ＦＢ｀｜ｓｉｎ（φ）を有する。この力成分ＦＢ、ｘ｀は、アクチュエータに作用し、力制御によって補償されるか、またはベルト力成分ＦＢ、ｘ｀の量の制御誤差が生じる。ワークピースがマニピュレータ１５０によって案内され、位置決めされる限り、ワークピースが常に動作点に位置することが保証され、その結果、アクチュエータ力ＦＡおよびローラ１０１に作用するベルト力ＦＢ１｀、ＦＢ２｀は、分離される。ここで、アクチュエータ３０２は、偏向ローラ１０１、１０１ａ、１０１ｂを保持するローラキャリア４０１にのみ作用し、研削装置全体に作用するのではないことに再度言及すべきである。図４（ｃ）の変形例では、アクチュエータ力が正確に中心Ｃに作用し、張力ＦＢ１｀、ＦＢ２｀と摩擦力ＦＲとが互いに打ち消し合う。同様に、接触力ＦＫとアクチュエータ力ＦＡは互いに打ち消し合う。それぞれの力ＦＢ１｀、ＦＢ２｀およびＦＲの係合点と中心Ｃとの間の「レバー」が常に同じであり、トルクが印加されない（全トルクの合計がゼロである）。したがって、アクチュエータには、おそらくは外乱的なトルク負荷が作用しない。
【００２６】
図５は、アクチュエータ力ＦＡとベルト力ＦＢ１、ＦＢ２の分離に適した研削装置１００の代替の実施形態を示している。つまり、研削装置１００は、図４に示す実施形態と、本質的には、同様に構成されている。しかし、ローラキャリア４０１のリニアガイド１４０とアクチュエータ３０２とは、図４に示す実施形態に比べて９０度回転している。フレーム１６０は、この目的のために、ローラキャリア４０１が（リニアガイド１４０によって）支持されるアーム４０２を含む。アクチュエータ３０２は、フレーム１６０のアーム４０２とローラキャリア４０１との間で垂直方向（ｘ方向）に作用する。座標系も前の実施形態に対して９０度回転されているので、アクチュエータ３０２の作用は、前の実施形態のように、ｘ方向である。この実施形態では、付加的な偏向ローラは必ずしも必要ではない。研削ベルト１０２は、偏向ローラ１０１および（モータ１０４によって駆動される）ローラ１０３の周りにのみ導かれる。先の実施形態と同様に、テンションローラ１０５を備えたテンション装置は、研削ベルト１０２の必要な張力を提供する。
【００２７】
スライド可能に支持された偏向ローラに作用するベルト力は、ＦＢ１（上部ベルト部分の力）およびＦＢ２（下部ベルト部分の力）で示される。力成分ＦＢ１、ｘおよびＦＢ２、ｘは、ｘ方向で少なくとも部分的に互いに補償するので（ＦＢ１、ｘ＞０およびＦＢ２、ｘ＜０）、ｘ方向に生じる力ＦＢ１、ｘ＋ＦＢ２、ｘは無視できるほど小さい。研削装置の適切な設計では、結果として生ずる力ＦＢ１、ｘ＋ＦＢ２、ｘはゼロに等しく、ベルト力ＦＢ１およびＦＢ２のアクチュエータ３０２に対する力の作用はない。図６（ａ）は、図５の状態に対応し、研削ベルトは、（ｙ軸に関して）角度φ２で偏向ローラ１０１へ、偏向ローラ１０１から角度φ１の方向へ延びている（時計の回転方向）。したがって、上部ベルト力ＦＢ１のｘ方向の力成分は｜ＦＢ１｜・ｓｉｎ（φ１）であり、下部ベルト力ＦＢ２のｘ方向の力成分は−｜ＦＢ２｜・ｓｉｎ（φ２）である。研削装置の適切な設計により、ｘ方向に得られるベルト力｜ＦＢ１｜・ｓｉｎ（φ１）−｜ＦＢ２｜・ｓｉｎ（φ２）は消滅し、アクチュエータ３０２には力が作用しない（例えば、φ１＝φ２および｜ＦＢ１｜＝｜ＦＢ２｜）。図６（ｂ）の変形例では、フレーム１６０に固定して取り付けられた２つの偏向ローラ１２１ａおよび１２１ｂは、角度φ１およびφ２がゼロに等しく、従ってベルトがローラ１０１と水平方向に往復するようにする。したがって、この場合、ワークピースと共にアクチュエータ３０２が動作点（ｘ＝ｘ０）にある限り、結果として生じるｘ方向のベルト力はゼロである。しかし、前の実施形態（図３）において参照して説明したように、これはマニピュレータ１５０によって設定される。
【００２８】
図７（ａ）および図７（ｂ）は、図３の例と同様に構成されたさらなる実施形態を示す図である。図７（ａ）の例では、アクチュエータ３０２が作用するローラキャリア４０１上に２つのローラ１０１ａおよび１０１ｂが設けられている。ベルト１０２は、アクチュエータ３０２の動作方向に対して実質的に垂直に、２つのローラ１０１ａ、１０１ｂの上を走行する。ワークピース２００は、ローラ１０１ａ、１０１ｂの間で機械加工（例えば研削または研磨）される。ベルトは、ワークピース２００の輪郭を適合される。その他については、図７（ａ）の実施形態は、図３の実施形態と同じように構成されている。繰り返しを避けるために、図３に関する説明が参照される。図７（ｂ）の代替案は、図７（ａ）の実施形態に実質的に対応しているが、唯一の違いは、キャリア４０１｀上にローラが設けられていないことである。代わりに、キャリア４０１｀（滑走キャリッジ）は、滑り面１０１ｃを有し、それに沿って、ベルトは、アクチュエータ３０２の有効方向に対して実質的に直角に滑ることができる。両方の例において、ベルト１０２は、動作点において、アクチュエータ３０２の作用方向と実質的に直交するように延びている。したがって、アクチュエータ力ＦＡと接触力（反作用）ＦＫ（ＦＫ＝−ＦＡ）は、ベルト力ＦＢ１｀、ＦＢ２｀から分離され、ＦＢ１｀、ＦＢ２｀は、アクチュエータ３０２に対して作用する力を与えない。
【００２９】
前述の実施形態とは異なり、図８による実施形態では、ワークピースがマニピュレータ１５０で案内されるのではなく、研削機械の方が案内される。したがって、フレーム１６０（例えば、図３参照）は、マニピュレータ１５０の一部であり、（又は、そのツールセンターポイントＴＣＰに）しっかりと取り付けられている。ワークピース２００は、しっかりしたベース（図示せず）上に配置することができる。図３の例と同様に、２つのさらなる偏向ローラ１０１ａおよび１０１ｂが、偏向ローラ１０１に隣接するローラキャリア４０１上に配置される。さらに、２つの偏向ローラ１０５および１０３が、（フレーム１６０上の）マニピュレータ１５０上でローラキャリア４０２又は４０３によって支持される。図３の例のように、ローラ１０３は、モータ１０４によって駆動することができる。モータ１０４（明示されていない）は、キャリア４０２に取り付けられてもよい。ローラキャリア４０２上のローラ１０５は、テンションローラとして構成することができる。あるいは、ベルト１０２に張力をかけるためのテンション装置をモータに一体化してもよい。この場合、ローラ１０５は単純な偏向ローラである。
【００３０】
ローラ１０１、１０１ａ、１０１ｂを備えたローラキャリア４０１は、図３の実施形態と同様に、マニピュレータにスライド可能に支持されており、これにより、ローラキャリア４０１をｘ方向に移動させることができ、他の自由度は阻止される。また、キャリア４０４は、同様に、マニピュレータ１５０上に支持されている。アクチュエータ３０２は、キャリア４０４上に配置され、ローラキャリア４０１に作用する。前の実施形態とは異なり、図８では、研削ベルトは使用されず、単なるベルトが用いられている。工具として、最前部のローラ１０１には研削円盤１０１｀（または他の回転工具）が接続されている。前述の実施形態と同様に、アクチュエータの動作点（アクチュエータの変位ｘ＝ｘ０）において、ベルトは実質的にアクチュエータの作用方向に垂直に延びており、これによりベルト力ＦＢ１｀、ＦＢ２｀がアクチュエータ力から切り離され、ベルト力ＦＢ１｀、ＦＢ２｀がアクチュエータ３０２に作用しない。
【００３１】
図９は、２つのローラ１０１、１０１ａが細長いローラキャリア４０１の両端に配置された別の実施形態を示している。ローラキャリアはフレーム１６０にスライド可能に支持されている（図３参照、図９には不図示）。２つの追加のローラ１０３、１０５も、同様に、フレーム上に支持され（キャリア４０３、４０２）、ローラ１０５はモータによって駆動され（図３参照、図９に不図示）、他方のローラ１０３は回転するベルト１０２に張力をかけるテンション装置の一部とすることができる。あるいは、テンション装置は、駆動装置（ローラ１０３）に一体化することもできる。スライド可能なローラキャリア４０１（滑走キャリッジ）は、ローラ１０３とローラ１０５との間に配置されてり、ローラ１０１，１０３，１０１ａ、１０５のベルトの周りを走行するベルトは、断面図において、ほぼ凸四角形を形成する。ローラキャリア４０１に作用するベルト力は、アクチュエータ３０２の動作方向において互いに打ち消しあい、ローラキャリア４０１に作用するアクチュエータ３０２に対して作用する力を及ぼさないことは、明らかである。アクチュエータは、ローラキャリア４０１に、力ＦＡで、ローラ１０１をワークピースに押し付ける。接触力ＦＫ（反作用の力）は、アクチュエータ力ＦＡに対応する（ＦＫ＝−ＦＡ）。
【００３２】
図９によれば、ワークピースはマニピュレータ１５０によって案内され、アクチュエータ３０２の変位ｘが、所定の動作点ｘ０に位置するように位置決めされる。アクチュエータ３０２は、純粋に力制御された状態で作動し、位置は、（位置制御された）マニピュレータ１５０によって決定される。動作点からの僅かな偏差（例えば、ワークピースの形状及び位置の許容誤差又はマニピュレータ１５０の限定された位置決め精度による）は、装置の幾何学的形状およびベルト力に大きな変化をもたらさないので、研削力は、力制御アクチュエータ３０２によって常に予め設定され得る。
【００３３】
図１０は、ワークピース２００と偏向ローラ１０１上の研削ベルト１０２との間の接触力ＦＫを制御するための制御回路の例を示す。アクチュエータ力ＦＡと、結果として生じるベルト力ＦＢとの間の（ｘ方向の）完全な分離により、アクチュエータ力ＦＡと接触力ＦＫは大きさは同じであるが逆向き、すなわち−ＦＫ＝ＦＡである。結果として得られるベルト力ＦＢの一部がアクチュエータ３０２上に作用する場合、接触力の大きさは、アクチュエータ力ＦＡと、結果として得られるアクチュエータの動作方向のベルト力ＦＢ、ｘとの和、すなわち−ＦＫ＝ＦＡ＋ＦＢ、ｘとなる。
【００３４】
力測定（力測定ユニット３０３）は、アクチュエータ３０２に一体化された力センサ又はアクチュエータ３０２に接続された力センサを介して直接行うことができる。しかしながら、空気圧アクチュエータでは、空気圧アクチュエータの圧力ｐを介し、アクチュエータ３０２の変位ｘを考慮して、間接的に力を測定することもできる。すなわち、アクチュエータ力ＦＡ（ｐ、ｘ）は、アクチュエータ内の圧力ｐ（例えば、空気圧ピストン内）およびアクチュエータの変位ｘの関数である。測定されたアクチュエータ力ＦＡから、求められる接触力の測定値ＦＫ、ｍを求めることができる。結果として生じるベルト力ＦＢとアクチュエータ力ＦＡとが分離される限り、ＦＫ、ｍ＝−ＦＡ（ｐ、ｘ）となる。アクチュエータ３２０の作用方向で、アクチュエータ力ＦＡと結果として生じるベルト力ＦＢ、ｘとの間の完全な分離がない場合、接触力を測定する際に、結果として生じるベルト力の推定値または別個の測定値を考慮に入れることができる。この場合、測定値ＦＫ、ｍ＝−ＦＡ（ｐ、ｘ）−ＦＢ、ｘとなる。接触力の測定値ＦＫ、ｍ及び対応する目標値ＦＫ、ｓから、コントローラ３０１の入力側に供給される制御誤差ＦＥ（ＦＥ＝ＦＫ、ｓ−ＦＫ、ｍ）を算出することができる。コントローラ３０１は、例えば、Ｐコントローラ、ＰＩコントローラ、またはＰＩＤコントローラであってもよい。しかしながら、他のタイプのコントローラも使用することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１００…研削装置
１０１、１０３…ローラ
１０２…研削ベルト
１６０…フレーム
２００…ワークピース
３０２…アクチュエータ
４０１…ローラキャリア
【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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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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