JP6294248B2 - ロボットを用いたキサゲ加工装置及びキサゲ加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロボットを用いてキサゲ加工を行うための装置及び方法に関する。

機械装置の摺動面や案内面等の精密仕上げ加工としてキサゲ加工を行う場合、従来は、被加工面に光明丹（鉛丹）や顔料を塗り、作業者が色の違いを見ながらキサゲ工具を使って手作業でキサゲ加工を行っていた。

このような作業は単調で重労働であるため、ロボットを用いて自動的にキサゲ加工を行う試みがなされている。例えば特許文献１には、被加工物の加工面の凹凸を色別に表示し、加工用ロボットにより被加工物の加工面の位置及び傾斜の測定と、凹凸が色別に表示された加工面の撮影とを行い、キサゲ加工を行うべき突出部を制御機構で判別・記憶し、この判別に基づき制御機構により加工用ロボットを作動してキサゲ加工を行う技術が記載されている。

またロボットを用いてキサゲ加工を行う他の周知技術例として、特許文献２には、キサゲ工具をロボットのハンド着脱部に取り付け、該キサゲ工具を動作させて被加工物の加工面をキサゲ加工する自動キサゲ装置が記載されている。

特開平０５−１２３９２１号公報 特開２０１０−２４０８０９号公報

特許文献１に記載の技術は、ロボットにキサゲ工具を取り付けてキサゲ加工の自動化を図るものではあるが、通常のキサゲ工具をロボットに取り付けても、所望のキサゲ加工を行うことは難しい。より具体的に言えば、キサゲ加工中にキサゲ工具が受ける反力等によって、ロボットハンドがキサゲ工具を把持しきれずに工具が滑ってしまい、適切な加工が行えないことがある。

一方、特許文献２には、目付け部の形状に基づいてキサゲ工具の切り込み角度を変更して切削量の低下を抑止する旨が記載されているが、ロボットの制御が複雑になることに加え、この場合でも工具が滑る可能性はある。

そこで本発明は、ロボットによるキサゲ加工の自動化を実現し、作業者の負担を大幅に低減することを企図したキサゲ加工装置、及びキサゲ加工方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本願第１の発明は、金属面のキサゲ加工を行うキサゲ加工装置であって、バイブレータによって振動する刃先を備えたキサゲ工具と、前記キサゲ工具を把持するように構成されたロボットと、を有する、キサゲ加工装置を提供する。

第２の発明は、第１の発明において、前記ロボットに、前記金属面を撮像するカメラを取り付け、前記カメラにより得られた画像を処理して、前記金属面の位置及び姿勢と、前記金属面上の凹凸部分の位置とを検出し、この検出結果に基づいてキサゲ加工を行うように構成された、キサゲ加工装置を提供する。

第３の発明は、第２の発明において、前記カメラが、前記ロボットのアームの先端に取り付けられた自動着脱装置によって、前記キサゲ工具と交換可能に構成された、キサゲ加工装置を提供する。

第４の発明は、第１〜第３のいずれか１つの発明において、前記ロボットが、キサゲ加工時に前記キサゲ工具が受ける反力を検出する力センサを有する、キサゲ加工装置を提供する。

第５の発明は、第１〜第４のいずれか１つの発明において、前記金属面を備えた被加工物の仮想モデルを表示する表示画面を有し、被加工物の加工箇所の情報に基づき、該加工箇所を、前記ロボットに取り付けたカメラで計測するための計測動作プログラムを生成する仮想装置をさらに有する、キサゲ加工装置を提供する。

第６の発明は、金属面のキサゲ加工を行うキサゲ加工方法であって、バイブレータによって振動する刃先を備えたキサゲ工具をロボットで把持し、前記ロボットを動作させて前記金属面のキサゲ加工を行う、キサゲ加工方法を提供する。

第７の発明は、第６の発明において、前記ロボットに取り付けたカメラを用いて前記金属面を撮像して得られた画像を処理して、前記金属面の位置及び姿勢と、前記金属面上の凹凸部分の位置とを検出し、この検出結果に基づいてキサゲ加工を行う、キサゲ加工方法を提供する。

本発明によれば、ロボットはキサゲ加工の際に、バイブレータで振動するキサゲ工具を把持して金属面に押し当てるだけでよいので、安定したキサゲ加工を行うことができ、さらにはロボットによるキサゲ加工の自動化を実現し、作業者の負担を大きく軽減することができる。

本発明の第１の実施形態に係るキサゲ加工装置を示す概略図である。 第１の実施形態に係るキサゲ加工装置を用いたキサゲ加工の流れを示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係るキサゲ加工装置を示す概略図であり、自動着脱装置にカメラを取り付けた例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るキサゲ加工装置を示す概略図であり、自動着脱装置にキサゲ工具を取り付けた例を示す図である。 第２の実施形態に係るキサゲ加工装置を用いたキサゲ加工の流れを示すフローチャートである。 本発明の第３の実施形態に係るキサゲ加工装置を示す概略図である。 第３の実施形態に係るキサゲ加工装置を用いたキサゲ加工の流れを示すフローチャートである。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るキサゲ加工装置を、加工対象であるワーク１０とともに概略的に示す図である。キサゲ加工装置は、キサゲ工具１２を把持又は保持するロボット１４と、ロボット１４を制御するロボット制御装置１５とを有する。図示例では、ロボット１４は（６軸の）多関節ロボットであり、ロボットアーム１６と、ロボットアーム１６の先端に取り付けたロボットハンド１８とを有し、キサゲ工具１２はロボットハンド１８に把持又は保持されている。ワーク１０は例えば、工作機械のベッドや摺り合わせ定盤であり、キサゲ加工の対象となる被加工面（金属面）２０を有する。すなわち、キサゲ加工装置は、微小な凹凸を有する被加工面２０に対し、ロボット１４が把持したキサゲ工具１２を用いてキサゲ加工を行うように構成されている。

任意ではあるが、ロボット１４はワーク１０の位置及び姿勢や、被加工面の凹凸部分の位置・形状を計測するための計測装置（図示例ではカメラ）２４を有してもよく、図１の例ではカメラ２４はロボットアーム１６の先端（ロボットハンド１８）に取り付けられている。一方、ロボット制御装置１５は、カメラ２４による撮像画像を処理し、ワーク１０の位置や被加工面２０の凹凸を検出する機能（検出処理部）と、該検出結果を記憶する機能（記憶部）と、ロボット１４の各軸を駆動するサーボモータ（図示せず）を制御する機能（制御部）とを有する。従って、カメラ２４でワーク１０を撮像することにより、ワーク１０の位置及び姿勢、被加工面２０の凹凸部分の位置、さらに被加工面２０の凹凸部分の形状を検出することができ、結果としてキサゲ加工の対象（凸部分）の位置及び形状も検出することができる。

キサゲ工具１２は、その刃先２２を高速で振動させるバイブレータ２６を有し、ロボットハンド１８は、刃先２２が高速振動するキサゲ工具１２を把持する。バイブレータ２６は、ロボットハンド１８やロボットアーム１６とは別に設けられ、キサゲ工具１２の刃先２２を高速で振動させるための手段であり、例えばキサゲ工具１２に取り付けた超音波振動子、振動モータ、圧電素子等が使用可能である。またここでの「高速」とは、被加工面２０の物性やキサゲ工具１２の形状等によって異なるが、例えば、１００Ｈｚ以上、３００Ｈｚ以上、５００Ｈｚ以上、１ｋＨｚ以上、又は１０ｋＨｚ以上の周波数を意味する。

ロボット１４は、バイブレータ２６によって高速振動する刃先２２を備えたキサゲ工具１２を把持し、キサゲ加工を行う際は、キサゲ工具１２の刃先２２をワーク１０の被加工面２０に所定の力で押し当てる機能を具備すれば足りるので、ロボット１４がキサゲ工具１２を被加工面２０に沿って摺動させる必要はない。従って、ロボットハンド１８には大きな反力は作用せず、ロボットの剛性が比較的低い場合であってもキサゲ工具１２の把持ずれが生じる虞はなく、正確なキサゲ加工が可能となる。

次に、第１の実施形態に係るキサゲ加工装置を用いたキサゲ加工の流れを、図２のフローチャートを参照しつつ説明する。先ず、ロボット１４に取り付けたカメラ２４でワーク１０（被加工面２０）を撮像して得られた画像を処理してワーク１０（被加工面２０）の位置及び姿勢を検出し（ステップＳ１１）、さらに被加工面２０上の凹凸部分の位置を検出する（ステップＳ１２）。なおカメラ２４を用いて被加工面２０の凹凸部分の位置や形状を検出する場合、従来のように凸部に光明丹等を塗布する必要はないが、光明丹等を塗布して画像処理をより容易にすることも可能である。

次に、カメラ２４の検出結果に基づいて、ロボット１４でキサゲ加工を行うための加工プログラムを生成し（ステップＳ１３）、該加工プログラムを実行することにより、キサゲ加工を行う（ステップＳ１４）。なお、加工プログラムの生成は、ロボット制御装置１５が行うことができるが、別途のプログラム生成手段を用いてもよい。

カメラ２４等の計測装置を用いて被加工面の凹凸を検出することにより、キサゲ加工のためのロボットの教示が簡単となり、キサゲ加工の自動化がさらに容易になる。なお上述のステップＳ１２において、カメラ２４で被加工面２０の凹凸部分の位置だけでなく、該凹凸部分の形状も検出するようにしてもよく、これにより、さらに高精度のキサゲ加工を行うことができる。また、キサゲ加工時にキサゲ工具１２が受ける反力を検出する力センサ２８をロボット１４に設けてもよく、その場合はステップＳ１４において、反力がなくなるまで被加工面２０の凸部分の加工を行うことができ、効率的なキサゲ加工が可能となる。

図３及び図４は、本発明の第２の実施形態に係るキサゲ加工装置を概略的に示す図である。第２の実施形態は、カメラ２４及びキサゲ工具１２のいずれか一方を自動的に着脱可能（交換可能）に構成された自動着脱装置３０をロボット１４が有する点で第１の実施形態と相違し、他の構成要素については第１の実施形態と同様でよい。従って図３において、第１の実施形態と同様の構成要素については同一の参照符号を付し、詳細な説明は省略する。

自動着脱装置３０としては、例えば公知のツールチェンジャ等が使用可能であり、自動着脱装置３０はロボットハンド１８に取り付けられて、カメラ２４及びキサゲ工具１２を交互に自動的に着脱できるように構成されている。なお図３は、自動着脱装置３０にカメラ２４が取り付けられた状態を示しており、図４は、自動着脱装置３０にキサゲ工具１２が取り付けられた状態を示している。一方、ロボット制御装置１５は、カメラ２４又はキサゲ工具１２のいずれかを選択して自動着脱装置３０に取り付ける旨の取り付け指令を生成する機能（取り付け指令生成部）を有する。

次に、第２の実施形態に係るキサゲ加工装置を用いたキサゲ加工の流れを、図５のフローチャートを参照しつつ説明する。先ず、図３に示すように、ロボットアーム１６の先端（自動着脱装置３０）にカメラ２４を取り付ける（ステップＳ２１）。次に、図２のステップＳ１１及びＳ１２と同様に、カメラ２４でワーク１０（被加工面２０）を撮像して得られた画像を処理してワーク１０の位置及び姿勢を検出し（ステップＳ２２）、さらに被加工面２０上の凹凸部分の位置を検出する（ステップＳ２３）。

次のステップＳ２４では、図２のステップＳ１３と同様に、カメラ２４の検出結果に基づいて、ロボット１４でキサゲ加工を行うための加工プログラムを生成する。次に、ロボットアーム１６の先端（自動着脱装置３０）からカメラ２４を取り外し、代わりにキサゲ工具１２を取り付ける（ステップＳ２５）。最後に、生成された加工プログラムを実行することにより、キサゲ加工を行う（ステップＳ２６）。なお、加工プログラムの生成は、ロボット制御装置１５が行うことができるが、別途のプログラム生成手段を用いてもよい。

なお上述のステップＳ２３において、カメラ２４で被加工面２０の凹凸部分の位置だけでなく、該凹凸部分の形状も検出するようにしてもよい。これにより、さらに高精度のキサゲ加工を行うことができる。また、キサゲ加工時にキサゲ工具１２が受ける反力を検出する力センサ２８をロボット１４に設けてもよく、その場合はステップＳ２６において、反力がなくなるまで被加工面２０の凸部分の加工を行うことができ、高精度のキサゲ加工が可能となる。

図６は、本発明の第３の実施形態に係るキサゲ加工装置を概略的に示す図である。第３の実施形態は、仮想装置を用いて加工プログラムをオフラインで生成できるようにした点で第２の実施形態と相違し、他の構成要素については第２の実施形態と同様でよい。従って図６において、第２の実施形態と同様の構成要素については同一の参照符号を付し、詳細な説明は省略する。

図６に示すように、ロボット１４は、表示画面３２を備えた仮想装置（例えばパーソナルコンピュータ）３４に有線又は無線で接続され、仮想装置３４は、後述するロボット１４及びワーク１０の仮想モデルの表示、加工箇所の指定、計測動作プログラムの生成、加工プログラムの生成等を行うことができる。

次に、第３の実施形態に係るキサゲ加工装置を用いたキサゲ加工の流れを、図７のフローチャートを参照しつつ説明する。先ず、図６に示すように、仮想装置３４の表示画面３２（仮想空間）に、ロボット１４及びワーク１０の仮想モデル（例えば３次元ＣＡＤモデル）を表示（配置）する（ステップＳ３１）。次に、ロボット１４がキサゲ加工を行うべき加工箇所（ここではワーク１０の被加工面２０）を指定する（ステップＳ３２）。なおステップＳ３１及びＳ３２の処理は、作業者による仮想装置３４のインターフェース等からの入力に基づいて行ってもよいし、所定のアルゴリズムに基づいて仮想装置３４が自動で行ってもよい。

次のステップＳ３３では、ステップＳ３２で指定された加工箇所の情報等に基づき、該加工箇所を、ロボット１４（の自動着脱装置３０）に取り付けたカメラ２４で計測するための計測動作プログラムを生成する。この処理は、仮想装置３４が自動で行うことができる。

次に、図５のステップＳ２１〜Ｓ２３と同様に、ロボットアーム１６の先端（自動着脱装置３０）にカメラ２４を取り付け（ステップＳ３４）、カメラ２４でワーク１０（被加工面２０）を撮像して得られた画像を処理してワーク１０の位置及び姿勢を検出し（ステップＳ３５）、さらに被加工面２０上の凹凸部分の位置を検出する（ステップＳ３６）。

次のステップＳ３７では、図５のステップＳ２４と同様に、カメラ２４の検出結果に基づいて、ロボット１４でキサゲ加工を行うための加工プログラムを生成する。次に、図５のステップＳ２５及びＳ２６と同様に、ロボットアーム１６の先端（自動着脱装置３０）からカメラ２４を取り外し、代わりにキサゲ工具１２を取り付ける（ステップＳ３８）。最後に、生成された加工プログラムを実行することにより、キサゲ加工を行う（ステップＳ３９）。なお、図７の処理では、ステップＳ３１〜Ｓ３７までの処理を仮想装置３４が（オフラインで）行い、ステップＳ３８及びＳ３９の処理はロボットの実機が行う。

なお上述のステップＳ３６において、カメラ２４で被加工面２０の凹凸部分の位置だけでなく、該凹凸部分の形状も検出するようにしてもよい。これにより、さらに高精度のキサゲ加工を行うことができる。また、キサゲ加工時にキサゲ工具１２が受ける反力を検出する力センサ２８をロボット１４に設けてもよく、その場合はステップＳ３９において、反力がなくなるまで被加工面２０の凸部分の加工を行うことができ、高精度のキサゲ加工が可能となる。

上述の実施形態は、適宜修正や変更が可能である。例えば、第３の実施形態は第２の実施形態に仮想装置を追加した構成となっているが、第１の実施形態に仮想装置を追加した構成も可能である。

１０ ワーク
１２ キサゲ工具
１４ ロボット
１５ 制御装置
１６ ロボットアーム
１８ ロボットハンド
２０ 被加工面
２２ 刃先
２４ カメラ
２６ バイブレータ
２８ 力センサ
３０ 自動着脱装置
３２ 表示画面
３４ 仮想装置

Claims (3)

1. 金属面のキサゲ加工を行うキサゲ加工装置であって、
   バイブレータによって振動する刃先を備えたキサゲ工具と、
   前記キサゲ工具を把持するように構成されたロボットと、
   前記ロボットに取り付けられ、前記金属面を撮像するカメラと、
   前記ロボットに設けられ、キサゲ加工時に前記キサゲ工具が受ける反力を検出する力センサと、
   前記金属面を備えた被加工物の仮想モデルを表示する表示画面を有し、被加工物の加工箇所の情報に基づき、該加工箇所を、前記カメラで計測するための計測動作プログラムを生成する仮想装置と、を有し、
   前記カメラにより得られた画像を処理して、前記金属面の位置及び姿勢と、前記金属面上の凹凸部分の位置とを検出し、この検出結果に基づいてキサゲ加工を、前記力センサで検出された反力がなくなるまで行うように構成された、キサゲ加工装置。
2. 前記カメラが、前記ロボットのアームの先端に取り付けられた自動着脱装置によって、前記キサゲ工具と交換可能に構成された、請求項１に記載のキサゲ加工装置。
3. バイブレータによって振動する刃先を備えたキサゲ工具をロボットで把持し、前記ロボットを動作させて金属面のキサゲ加工を行う、キサゲ加工方法であって、
   前記ロボットに取り付けたカメラで、前記金属面を撮像することと、
   前記ロボットに設けた力センサで、キサゲ加工時に前記キサゲ工具が受ける反力を検出することと、
   前記金属面を備えた被加工物の仮想モデルを表示することと、
   前記被加工物の加工箇所の情報に基づき、該加工箇所を、前記カメラで計測するための計測動作プログラムを生成することと、
   前記カメラにより得られた画像を処理して、前記金属面の位置及び姿勢と、前記金属面上の凹凸部分の位置とを検出し、この検出結果に基づいてキサゲ加工を、前記力センサで検出された反力がなくなるまで行うことと、を含む、キサゲ加工方法。

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