JP7653945B2

JP7653945B2 - Processing Equipment

Info

Publication number: JP7653945B2
Application number: JP2022036345A
Authority: JP
Inventors: 優志長友
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2022-03-09
Filing date: 2022-03-09
Publication date: 2025-03-31
Anticipated expiration: 2042-03-09
Also published as: JP2023131524A

Description

本発明は、工具をワークに接触させて加工を行う加工装置に関する。 The present invention relates to a processing device that performs processing by bringing a tool into contact with a workpiece.

産業用ロボットを用いた加工、例えば研削、研磨等の自動化において、常に一定の作業精度を保つことが求められる。例えば、下記の特許文献１に、ワークのバリ取り作業を行うロボットが開示されている。このバリ取り作業を行うロボットは、バリの状態によらず加工精度を一定に保つために、ワークごとにバリの形状を取得し、バリの形状に応じてロボットの教示プログラムの修正を自動的に行っている。 When automating machining using industrial robots, such as grinding and polishing, it is necessary to always maintain a certain level of work precision. For example, the following Patent Document 1 discloses a robot that performs burr removal on workpieces. In order to maintain a certain level of machining precision regardless of the state of the burr, this deburring robot acquires the shape of the burr for each workpiece and automatically modifies the robot's teaching program according to the shape of the burr.

特開２０１０－１８２２１０号公報JP 2010-182210 A

特許文献１に開示されたロボットは、ワークの形状に対してロバストなシステムになっているが、工具の状態変化には対応していない。例えば、工具をワークに接触させて研磨等の加工を行う場合、工具の形状が使用時間に応じて変化する場合がある。工具の形状の変化は、加工品質の低下の要因になり得る。工具の形状が変化しても、初期の加工品質を維持して加工を行うことが望まれている。 The robot disclosed in Patent Document 1 is a system that is robust to the shape of the workpiece, but does not respond to changes in the state of the tool. For example, when a tool is brought into contact with a workpiece to perform processing such as polishing, the shape of the tool may change depending on the time of use. Changes in the shape of the tool can cause a decrease in processing quality. It is desirable to perform processing while maintaining the initial processing quality even if the shape of the tool changes.

また、特許文献１に開示されたロボットにおいては、モデルベースでロボットの動作教示を行う必要があり、加えてモデル化誤差に対する試行錯誤的な調整作業（キャリブレーション）が必要である。多品種製品を扱う現場においては、加工対象物の品種が変わった場合、作業者の迅速な対応が求められる。現場の作業者のみで対応可能な加工装置が望まれている。 In addition, the robot disclosed in Patent Document 1 requires model-based instruction of robot operation, and also requires trial-and-error adjustment (calibration) to correct modeling errors. In a workplace that handles a wide variety of products, workers are required to respond quickly when the type of workpiece changes. There is a demand for processing equipment that can be handled by on-site workers alone.

本発明の目的は、工具の形状が変化しても、所望の加工品質を維持することが可能な加工装置を提供することである。本発明の他の目的は、工具の形状が変化したときの加工品質の低下を抑制するために、加工対象のワークの品種が変わった場合でも現場の作業者のみで対応可能な加工装置を提供することである。 The object of the present invention is to provide a processing device that can maintain the desired processing quality even if the shape of the tool changes. Another object of the present invention is to provide a processing device that can be handled by on-site workers alone even if the type of workpiece to be processed changes, in order to suppress a decrease in processing quality when the shape of the tool changes.

本発明の一観点によると、
ワークに接触して前記ワークの加工を行う工具と、
前記工具の形状を検出する形状センサと、
制御装置と、
前記工具及び前記ワークの少なくとも一方を支持し、前記工具に前記ワークを接触させた状態で、前記制御装置からの指令に応じて前記工具に対する前記ワークの相対的な位置及び姿勢を変化させる移動機構と、
前記工具の形状と、前記工具に対する前記ワークの相対的な位置及び姿勢の履歴との関係を記憶した加工データベースと
を備え、
前記制御装置は、
前記形状センサで検出された前記工具の形状及び前記加工データベースに基づいて、前記工具に対する前記ワークの相対的な位置及び姿勢の１つの履歴を抽出し、
抽出した履歴に基づいて、前記工具に対する前記ワークの相対的な位置及び姿勢を変化させて前記ワークの加工を行う加工装置が提供される。
According to one aspect of the present invention,
A tool that comes into contact with a workpiece to process the workpiece;
A shape sensor for detecting a shape of the tool;
A control device;
a moving mechanism that supports at least one of the tool and the workpiece, and changes a relative position and attitude of the workpiece with respect to the tool in response to a command from the control device while the workpiece is in contact with the tool ;
a machining database that stores a relationship between the shape of the tool and a history of the relative position and orientation of the workpiece with respect to the tool;
Equipped with
The control device includes:
extracting one history of a relative position and orientation of the workpiece with respect to the tool based on the shape of the tool detected by the shape sensor and the machining database;
A machining device is provided that machines the workpiece by changing the relative position and orientation of the workpiece with respect to the tool based on the extracted history .

工具の形状の変化に応じて、工具に対するワークの位置及び姿勢を変化させて加工を行うため、工具の形状が変化しても適切な加工を行うことが可能である。 Since machining is performed by changing the position and attitude of the workpiece relative to the tool in response to changes in the shape of the tool, appropriate machining can be performed even if the shape of the tool changes .

図１は、一実施例による加工装置の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a processing apparatus according to one embodiment. 図２Ａは、作業者がワークを把持して加工を行っているときの工具、ワーク、及び作業者の手の斜視図であり、図２Ｂは、工具の形状が変化した状態で加工を行っているときの工具、ワーク、及び作業者の手の斜視図である。FIG. 2A is a perspective view of a tool, a workpiece, and a worker's hand when the worker is holding the workpiece and performing processing, and FIG. 2B is a perspective view of the tool, a workpiece, and a worker's hand when processing is performed with the shape of the tool changed. 図３は、ダイレクトティーチングを行う手順を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing a procedure for performing direct teaching. 図４は、工具の形状が未使用時から変化していない場合のダイレクトティーチング実行中の加工装置の模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram of the processing apparatus during direct teaching when the shape of the tool has not changed since it was not used. 図５は、工具の形状が変化した場合のダイレクトティーチング実行中の加工装置の模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram of a processing device during execution of direct teaching when the shape of a tool is changed. 図６は、加工データベースの構造を示す図表である。FIG. 6 is a diagram showing the structure of the processing database. 図７は、本実施例による加工装置が実際に加工を行う手順を示すフローチャートである。FIG. 7 is a flow chart showing the procedure for the machining device according to this embodiment to actually perform machining. 図８は、他の実施例による加工装置の概略図である。FIG. 8 is a schematic diagram of a processing apparatus according to another embodiment. 図９は、図８に示した実施例においてダイレクトティーチングを行う手順を示すフローチャートである。FIG. 9 is a flow chart showing the procedure for carrying out direct teaching in the embodiment shown in FIG. 図１０は、図８に示した実施例により加工装置を用いたダイレクトティーチング実行中の加工装置の模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram of the machining apparatus during execution of direct teaching using the machining apparatus according to the embodiment shown in FIG. 図１１は、図８に示した実施例で使用される加工データベースの構造を示す図表である。FIG. 11 is a diagram showing the structure of the processing database used in the embodiment shown in FIG. 図１２は、さらに他の実施例による加工装置を用いて加工を行う際の工具及びワークの斜視図である。FIG. 12 is a perspective view of a tool and a workpiece when machining is performed using a machining apparatus according to still another embodiment. 図１３は、加工中の工具とワークとの位置関係を示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view showing the positional relationship between a tool and a workpiece during machining. 図１４は、加工中の工具とワークとの位置関係を示す断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view showing the positional relationship between a tool and a workpiece during machining.

図１～図７を参照して、一実施例による加工装置について説明する。図１は、本実施例による加工装置の概略図である。本実施例による加工装置は、例えばバフ研磨装置であり、ワーク５０をバフと呼ばれる工具１０に接触させて加工を行う。 The processing device according to one embodiment will be described with reference to Figs. 1 to 7. Fig. 1 is a schematic diagram of the processing device according to this embodiment. The processing device according to this embodiment is, for example, a buff polishing device, and processes the workpiece 50 by bringing it into contact with a tool 10 called a buff.

工具１０は円柱状の形状を有する回転体であり、回転中心軸１１を介してモータ１２に支持されている。ワーク５０は、移動機構２０に保持されており、移動機構２０を動作させることにより、工具１０に対するワーク５０の相対的な位置及び姿勢を変化させることができる。移動機構２０は、ベース２１に支持された多関節ロボットアーム（例えば６軸ロボットアーム）、及び多関節ロボットアームの先端に取り付けられた保持部２２を含む。保持部２２にワーク５０が保持されて固定される。保持部２２には、機械式チャック、磁石式チャック、真空チャック等の種々のチャック機構を用いることができる。 The tool 10 is a cylindrical rotating body, and is supported by a motor 12 via a central axis of rotation 11. The workpiece 50 is held by a moving mechanism 20, and the relative position and orientation of the workpiece 50 with respect to the tool 10 can be changed by operating the moving mechanism 20. The moving mechanism 20 includes a multi-joint robot arm (e.g., a six-axis robot arm) supported by a base 21, and a holding unit 22 attached to the tip of the multi-joint robot arm. The workpiece 50 is held and fixed by the holding unit 22. Various chuck mechanisms such as a mechanical chuck, a magnetic chuck, and a vacuum chuck can be used for the holding unit 22.

制御装置４０が、加工データベース４１を用いて移動機構２０を制御することにより、ワーク５０の加工を行う。例えば、工具１０を回転させながら、ワーク５０を工具１０の外周面１０Ｓに接触させ、工具１０に対するワーク５０の位置及び姿勢を時間経過とともに変化させることにより、ワーク５０の研磨を行う。 The control device 40 uses the machining database 41 to control the moving mechanism 20 to machine the workpiece 50. For example, the workpiece 50 is brought into contact with the outer peripheral surface 10S of the tool 10 while rotating the tool 10, and the position and orientation of the workpiece 50 relative to the tool 10 are changed over time to polish the workpiece 50.

さらに、作業者が保持部２２を把持してワーク５０の位置及び姿勢を変化させながら加工を行うことにより、ダイレクトティーチングを行うことができる。ダイレクトティーチング中は、制御装置４０が移動機構２０から各関節の回転角情報を読み取り、読み取った情報を加工データベース４１に格納する。 In addition, direct teaching can be performed by an operator holding the holding part 22 and changing the position and orientation of the workpiece 50 while machining. During direct teaching, the control device 40 reads the rotation angle information of each joint from the moving mechanism 20 and stores the read information in the machining database 41.

形状センサ３０が、工具１０の形状を検出する。形状センサ３０として、例えば二次元または三次元Ｌｉｄａｒ、非接触レーザ変位計、工具外形を取得可能なカメラ等を用いることができる。形状センサ３０は、例えば、工具１０の外周面１０Ｓの形状を検出する。工具１０の外周面１０Ｓの形状は、例えば、回転中心軸方向に関する外周面１０Ｓの半径の変化により表される。 The shape sensor 30 detects the shape of the tool 10. As the shape sensor 30, for example, a two-dimensional or three-dimensional Lidar, a non-contact laser displacement meter, a camera capable of acquiring the tool outline, etc. can be used. The shape sensor 30 detects, for example, the shape of the outer peripheral surface 10S of the tool 10. The shape of the outer peripheral surface 10S of the tool 10 is represented, for example, by the change in the radius of the outer peripheral surface 10S in the direction of the central axis of rotation.

次に、図２Ａ及び図２Ｂを参照して、作業者がワーク５０を把持して加工を行う従来の方法について説明する。図２Ａは、作業者がワーク５０を把持して加工を行っているときの工具１０、ワーク５０、及び作業者の手の斜視図である。 Next, a conventional method in which an operator holds a workpiece 50 and performs machining will be described with reference to Figures 2A and 2B. Figure 2A is a perspective view of the tool 10, the workpiece 50, and the operator's hand when the operator holds the workpiece 50 and performs machining.

図２Ａに示すように、作業者はワーク５０を把持して、ワーク５０を工具１０の外周面１０Ｓに接触させた状態で、ワーク５０を移動させることにより、バフ研磨を行う。未使用の工具１０の外周面１０Ｓは、回転中心軸に平行な円筒状である。作業者は、ワーク５０の被加工面が適切な姿勢で工具１０に接触するようにワーク５０を把持し、加工を行う。複数のワーク５０を研磨すると、工具１０自体が削られて、その形状が変化する。 As shown in FIG. 2A, the worker holds the workpiece 50 and performs buff polishing by moving the workpiece 50 while bringing the workpiece 50 into contact with the outer peripheral surface 10S of the tool 10. The outer peripheral surface 10S of an unused tool 10 is cylindrical and parallel to the central axis of rotation. The worker holds the workpiece 50 so that the surface to be processed of the workpiece 50 is in contact with the tool 10 in an appropriate position, and performs processing. When multiple workpieces 50 are polished, the tool 10 itself is cut and its shape changes.

図２Ｂは、工具１０の形状が変化した状態で加工を行っているときの工具１０、ワーク５０、及び作業者の手の斜視図である。例えば、工具１０の外周面１０Ｓが円錐台の側面のように、回転中心軸に対して傾斜する。すなわち、回転中心軸方向に関して外周面１０Ｓの半径が変化する。作業者は、工具１０の外周面１０Ｓの形状の変化に合わせてワーク５０を回転中心軸に対して傾斜させて外周面１０Ｓに接触させ、加工を行う。 Figure 2B is a perspective view of the tool 10, workpiece 50, and the worker's hand when machining is performed with the shape of the tool 10 changed. For example, the outer peripheral surface 10S of the tool 10 is inclined with respect to the central axis of rotation, like the side of a truncated cone. In other words, the radius of the outer peripheral surface 10S changes in the direction of the central axis of rotation. The worker inclines the workpiece 50 with respect to the central axis of rotation in accordance with the change in the shape of the outer peripheral surface 10S of the tool 10, brings it into contact with the outer peripheral surface 10S, and performs machining.

図２Ａ及び図２Ｂに示したように、作業者が加工を行うときには、工具１０の形状の変化に応じて、工具１０に対するワーク５０の位置及び姿勢の履歴を異ならせることにより、適切な加工を行う。以下に説明する実施例では、工具１０の形状の変化に応じて、制御装置４０が、工具１０に対するワーク５０の位置及び姿勢の履歴を自動的に異ならせて加工を行う。 As shown in Figures 2A and 2B, when an operator performs machining, the history of the position and orientation of the workpiece 50 relative to the tool 10 is changed in response to changes in the shape of the tool 10, thereby performing appropriate machining. In the embodiment described below, the control device 40 performs machining by automatically changing the history of the position and orientation of the workpiece 50 relative to the tool 10 in response to changes in the shape of the tool 10.

図３～図５を参照して、ダイレクトティーチングを行う手順について説明する。
図３は、ダイレクトティーチングを行う手順を示すフローチャートである。図４及び図５は、ダイレクトティーチング実行中の加工装置の模式図である。図４は、工具１０の形状が未使用時から変化していない場合を示しており、図５は、複数枚のワークの加工を行って工具１０の形状が変化した場合を示している。 The procedure for performing direct teaching will be described with reference to FIGS.
Fig. 3 is a flow chart showing the procedure for performing direct teaching. Fig. 4 and Fig. 5 are schematic diagrams of the processing device during execution of direct teaching. Fig. 4 shows a case where the shape of the tool 10 has not changed since it was not used, and Fig. 5 shows a case where the shape of the tool 10 has changed after machining a plurality of workpieces.

まず、ワーク５０を移動機構２０の保持部２２に保持させて固定する（ステップＳＡ１）。次に、形状センサ３０が工具１０の現時点の形状を検出する（ステップＳＡ２）。形状センサ３０の検出結果に基づいて、制御装置４０が工具１０の形状を特定する情報（形状情報Ｔ_１）を生成する。加工データベース４１の１つのレコード４１Ａ（図４）に示すように、工具１０の形状情報Ｔ_１は、例えば、工具１０のｘ方向の所定の複数の位置のそれぞれについて測定された外周面１０Ｓの半径ｒ_１、ｒ_２、ｒ_３・・・で構成される。 First, the workpiece 50 is held and fixed by the holder 22 of the moving mechanism 20 (step SA1). Next, the shape sensor 30 detects the current shape of the tool 10 (step SA2). Based on the detection result of the shape sensor 30, the control device 40 generates information (shape information _T1 ) that specifies the shape of the tool 10. As shown in one record 41A (FIG. 4) of the machining database 41, the shape information _T1 of the tool 10 is composed of, for example, radii _r1 , _r2 , _r3 ... of the outer circumferential surface 10S measured at each of a plurality of predetermined positions in the x direction of the tool 10.

次に、工具１０を回転させながら、作業者が保持部２２を把持してワーク５０の位置及び姿勢を調整しながら、ワーク５０の加工（例えば、バフ研磨）を行う。制御装置４０は、加工中のワーク５０の位置及び姿勢を示す情報（位置姿勢情報Ｗ_１）をある時間刻み幅で取得し、記録する（ステップＳＡ３）。例えば、加工データベース４１の１つのレコード４１Ａに示すように、ワークの位置姿勢情報Ｗ_１の履歴は、ある時間刻み幅で取得されたワーク５０の複数の位置姿勢情報Ｗ_１（ｔ_ｊ）（ｊ＝０、１、２、・・・）を含む。ワーク５０の位置姿勢情報Ｗ_１は、例えば、移動機構２０を構成する多関節ロボットアームの各関節の回転角度を含む。 Next, while rotating the tool 10, the worker holds the holder 22 and adjusts the position and posture of the workpiece 50, while processing the workpiece 50 (e.g., buffing). The control device 40 acquires and records information (position and posture information _W1 ) indicating the position and posture of the workpiece 50 during processing at a certain time interval (step SA3). For example, as shown in one record 41A of the processing database 41, the history of the position and posture information _W1 of the workpiece includes multiple pieces of position and posture information _W1 ( _tj ) (j=0, 1, 2, ...) of the workpiece 50 acquired at a certain time interval. The position and posture information _W1 of the workpiece 50 includes, for example, the rotation angles of each joint of the articulated robot arm constituting the moving mechanism 20.

１つのワーク５０の加工が終了すると、工具１０の形状を特定する形状情報Ｔ_１と、ワーク５０の位置姿勢情報Ｗ_１の履歴Ｗ_１（ｔ_ｊ）とを関連付けて加工データベース４１に格納する（ステップＳＡ４）。ワーク５０の位置姿勢情報Ｗ_１の履歴Ｗ_１（ｔ_ｊ）は、移動機構２０の移動の態様を規定する教示データとして用いられる。工具１０が継続使用可能である場合は、ステップＳＡ１からステップＳＡ４までの手順を繰り返す（ステップＳＡ５）。 When machining of one workpiece 50 is completed, shape information _T1 specifying the shape of the tool 10 and the history _W1 ( _tj ) of the position and orientation information _W1 of the workpiece 50 are associated with each other and stored in the machining database 41 (step SA4). The history _W1 ( _tj ) of the position and orientation information _W1 of the workpiece 50 is used as teaching data that specifies the manner of movement of the moving mechanism 20. If the tool 10 can be used continuously, the procedures from step SA1 to step SA4 are repeated (step SA5).

図５に示すように、少なくとも１つのワーク５０を加工すると、工具１０の形状が変化する。このため、ステップＳＡ２で検出される工具１０の形状情報Ｔ_２は、図４に示した未使用の工具１０の形状情報Ｔ_１とは異なる。工具１０の形状が異なると、作業者は、工具１０の形状の変化に合わせてワーク５０の位置及び姿勢を調整する。このため、ステップＳＡ３で記録されるワーク５０の位置姿勢情報Ｗ_２の履歴Ｗ_２（ｔ_ｊ）は、図４に示した未使用の工具１０を用いて加工するときに記録されたワーク５０の位置姿勢情報Ｗ_１の履歴Ｗ_１（ｔ_ｊ）とは異なる。ステップＳＡ４では、図５に示した状態の工具１０を使用したときに得られる工具１０の形状情報Ｔ_２と、ワーク５０の位置姿勢情報Ｗ_２の履歴Ｗ_２（ｔ_ｊ）とを関連付けて、加工データベース４１に格納する。 As shown in FIG. 5, when at least one workpiece 50 is machined, the shape of the tool 10 changes. Therefore, the shape information _T2 of the tool 10 detected in step SA2 is different from the shape information _T1 of the unused tool 10 shown in FIG. 4. When the shape of the tool 10 is different, the worker adjusts the position and posture of the workpiece 50 according to the change in the shape of the tool 10. Therefore, the history _W2 ( _tj ) of the position and posture information _W2 of the workpiece 50 recorded in step SA3 is different from the history _W1 ( _tj ) of the position and posture information _W1 of the workpiece 50 recorded when machining using the unused tool 10 shown in FIG. 4. In step SA4, the shape information _T2 of the tool 10 obtained when the tool 10 in the state shown in FIG. 5 is used and the history _W2 ( _tj ) of the position and posture information _W2 of the workpiece 50 are associated with each other and stored in the machining database 41.

ステップＳＡ５において、工具１０の形状の変化が大きくなって継続使用できないと判断された場合には、現在の工具１０を用いた加工を終了する。 If it is determined in step SA5 that the change in the shape of the tool 10 has become too great to continue using it, the current machining using the tool 10 is terminated.

図６は、加工データベース４１の構造を示す図表である。加工データベース４１に、工具１０の形状情報Ｔ_ｉ（ｉ＝０、１、２、・・・）と、ワーク５０の位置姿勢情報Ｗ_ｉの履歴Ｗ_ｉ（ｔ_ｊ）（ｊ＝０、１、２、３・・・）とが関連付けられて格納されている。加工データベース４１から、工具１０の現在の形状に基づいて、ワーク５０の最適な位置姿勢情報の履歴Ｗ_ｉ（ｔ_ｊ）を見つけ出すことができる。 6 is a diagram showing the structure of the machining database 41. The machining database 41 stores shape information T _i (i=0, 1, 2, . . .) of the tool 10 and history W _i (t _j ) (j=0, 1, 2, 3, . . .) of the position and orientation information W _i of the workpiece 50 in association with each other. From the machining database 41, it is possible to find the history W _i (t _j ) of the optimal position and orientation information of the workpiece 50 based on the current shape of the tool 10.

図７は、本実施例による加工装置が実際に加工を行う手順を示すフローチャートである。まず、制御装置４０（図１）が移動機構２０を制御することにより、移動機構２０の保持部２２でワーク５０を保持する（ステップＳＢ１）。形状センサ３０（図１）により工具１０の形状を検出する（ステップＳＢ２）。制御装置４０は、現在の工具１０の形状に最も近い形状情報Ｔ_ｉを持つレコードを、加工データベース４１（図６）から検索し、現在の工具１０の形状に最も近い形状情報Ｔ_ｉに関連付けられたワーク５０の位置姿勢情報の履歴Ｗ_ｉ（ｔ_ｊ）を抽出する（ステップＳＢ３）。抽出された位置姿勢情報の履歴Ｗ_ｉ（ｔ_ｊ）は、現在の形状の工具１０を用いて加工を行うときの最適な位置姿勢情報の履歴と考えることができる。 7 is a flow chart showing the procedure for the machining device according to the present embodiment to actually perform machining. First, the control device 40 (FIG. 1) controls the moving mechanism 20 to hold the workpiece 50 on the holding unit 22 of the moving mechanism 20 (step SB1). The shape sensor 30 (FIG. 1) detects the shape of the tool 10 (step SB2). The control device 40 searches the machining database 41 (FIG. 6) for a record having shape information T _i that is closest to the shape of the current tool 10, and extracts the history W _i (t _j ) of the position and orientation information of the workpiece 50 associated with the shape information T _i that is closest to the shape of the current tool 10 (step SB3). The extracted history W _i (t _j ) of the position and orientation information can be considered as the history of the optimal position and orientation information when machining is performed using the tool 10 with the current shape.

制御装置４０は、抽出された位置姿勢情報の履歴Ｗ_ｉ（ｔ_ｊ）に基づいて移動機構２０を制御し、ワーク５０の加工を行う（ステップＳＢ４）。すなわち、抽出された位置姿勢情報の履歴Ｗ_ｉ（ｔ_ｊ）を教示データとして用いて移動機構２０の制御を行う。全てのワーク５０の加工が終了するまで、ステップＳＢ１からステップＳＢ４までの手順を繰り返す（ステップＳＢ５）。 The control device 40 controls the moving mechanism 20 based on the extracted position and orientation information history W _i (t _j ) to machine the workpiece 50 (step SB4). That is, the control device 40 uses the extracted position and orientation information history W _i (t _j ) as teaching data to control the moving mechanism 20. The procedure from step SB1 to step SB4 is repeated until machining of all workpieces 50 is completed (step SB5).

次に、上記実施例の優れた効果について説明する。
上記実施例では、ワーク５０の加工を行う直前に、現時点の工具１０の形状を検出し、工具１０の現時点の形状に応じて、最も適したワーク５０の位置姿勢情報の履歴Ｗ_ｉ（ｔ_ｊ）に基づいてワーク５０の位置及び姿勢が調整される。このため、工具１０の形状が変化しても、適切にワーク５０の加工を行うことができる。 Next, the excellent effects of the above embodiment will be described.
In the above embodiment, the current shape of the tool 10 is detected immediately before machining the workpiece 50, and the position and posture of the workpiece 50 are adjusted based on the history W _i (t _j ) of the most suitable position and posture information of the workpiece 50 according to the current shape of the tool 10. Therefore, even if the shape of the tool 10 changes, the workpiece 50 can be machined appropriately.

また、上記実施例では、図３に示したダイレクトティーチング手法を用いて、移動機構２０の移動の態様を規定する教示データを生成し、加工データベースに格納している。このため、現場の作業者のみで、加工データベースを構築することが可能である。また、ワーク５０の品種が変更になった場合でも、変更後のワーク５０を用いてダイレクトティーチングを行うことにより、ワーク５０の品種の変更に迅速に対応することができる。 In the above embodiment, the direct teaching method shown in FIG. 3 is used to generate teaching data that specifies the manner in which the moving mechanism 20 moves, and the data is stored in the machining database. This allows the on-site worker to build the machining database by himself/herself. Even if the type of workpiece 50 is changed, the change in the type of workpiece 50 can be quickly accommodated by performing direct teaching using the changed workpiece 50.

次に、上記実施例の変形例について説明する。
上記実施例では、回転する工具１０の位置を固定し、ワーク５０を移動機構２０で移動させているが、その反対に、ワーク５０を静止させ、工具１０を回転させながら、工具１０の位置及び姿勢を変化させて加工を行ってもよい。すなわち、工具１０及びワーク５０の少なくとも一方を他方に対して移動させればよい。 Next, a modification of the above embodiment will be described.
In the above embodiment, the position of the rotating tool 10 is fixed, and the workpiece 50 is moved by the moving mechanism 20, but conversely, machining may be performed by changing the position and attitude of the tool 10 while keeping the workpiece 50 stationary and rotating the tool 10. That is, it is sufficient to move at least one of the tool 10 and the workpiece 50 relative to the other.

上記実施例では、移動機構２０（図１）として多関節ロボットアームを用いているが、その他の移動機構を用いてもよい。また、工具１０として回転体を用いているが、その他の工具を用いてもよい。例えば、ワーク５０に接触した接触面を往復移動させる工具、接触面を微小振動させる工具等を用いてもよい。 In the above embodiment, a multi-joint robot arm is used as the moving mechanism 20 (Figure 1), but other moving mechanisms may be used. Also, a rotating body is used as the tool 10, but other tools may be used. For example, a tool that moves a contact surface in contact with the workpiece 50 back and forth, or a tool that vibrates the contact surface slightly, may be used.

上記実施例では、ダイレクトティーチングにより移動機構２０の教示データを生成しているが、その他の機械学習の手法によって教示データを生成してもよい。 In the above embodiment, the teaching data for the moving mechanism 20 is generated by direct teaching, but the teaching data may also be generated by other machine learning techniques.

上記実施例では、機械学習を用いて構築した加工データベース４１（図６）を用いて移動機構２０を制御しているが、その他の手法を用いて移動機構２０を制御してもよい。例えば、工具１０の形状を検出した結果に基づいて、工具１０の外周面１０Ｓが回転中心軸に対して傾斜する角度及び方向を算出し、外周面１０Ｓの傾斜に応じて、ワーク５０の位置及び姿勢を調整するようにしてもよい。例えば、ワーク５０の表面のうち工具１０の外周面１０Ｓに接触する領域を、工具１０の回転中心軸に対して外周面が１０Ｓ傾斜する方向と同じ方向に傾斜させて加工を行うようにしてもよい。 In the above embodiment, the moving mechanism 20 is controlled using the machining database 41 (FIG. 6) constructed using machine learning, but the moving mechanism 20 may be controlled using other methods. For example, based on the result of detecting the shape of the tool 10, the angle and direction at which the outer peripheral surface 10S of the tool 10 is tilted relative to the central axis of rotation may be calculated, and the position and attitude of the workpiece 50 may be adjusted according to the tilt of the outer peripheral surface 10S. For example, the area of the surface of the workpiece 50 that contacts the outer peripheral surface 10S of the tool 10 may be tilted in the same direction as the outer peripheral surface 10S is tilted relative to the central axis of rotation of the tool 10, and machining may be performed.

次に、図８～図１１を参照して他の実施例による加工装置について説明する。以下、図１～図７を参照して説明した実施例による加工装置と共通の構成については説明を省略する。図１～図７を参照して説明した実施例のように、バフ研磨を行う場合の工具１０は、ワーク５０に押し付けられることによって変形し、変形量と押し付け力とが相関関係を持っている。図８～図１０に示した実施例では、工具１０が硬く、工具１０にワーク５０を押し付けても工具１０がほとんど変形しない。この場合、加工中の工具１０とワーク５０との相対位置のみを制御するのでは不十分であり、工具１０に対するワーク５０の押し付け力も制御しなければならない。 Next, a processing device according to another embodiment will be described with reference to Figs. 8 to 11. Hereinafter, a description of the configuration common to the processing device according to the embodiment described with reference to Figs. 1 to 7 will be omitted. As in the embodiment described with reference to Figs. 1 to 7, when performing buff polishing, the tool 10 is deformed by being pressed against the workpiece 50, and there is a correlation between the amount of deformation and the pressing force. In the embodiment shown in Figs. 8 to 10, the tool 10 is hard, and the tool 10 hardly deforms even when the workpiece 50 is pressed against the tool 10. In this case, it is insufficient to control only the relative positions of the tool 10 and the workpiece 50 during processing, and the pressing force of the workpiece 50 against the tool 10 must also be controlled.

図８は、本実施例による加工装置の概略図である。本実施例による加工装置は、図１～図７を参照して説明した実施例による加工装置の構成要素に加えて、さらに力覚センサ３５を備えている。力覚センサ３５は、移動機構２０の保持部２２とワーク５０との間に配置されており、ワーク５０を工具１０に押し付ける力を検出する。力覚センサ３５で検出された検出値が、制御装置４０に入力される。 Figure 8 is a schematic diagram of the processing device according to this embodiment. In addition to the components of the processing device according to the embodiment described with reference to Figures 1 to 7, the processing device according to this embodiment further includes a force sensor 35. The force sensor 35 is disposed between the holding portion 22 of the moving mechanism 20 and the workpiece 50, and detects the force pressing the workpiece 50 against the tool 10. The detection value detected by the force sensor 35 is input to the control device 40.

図９は、ダイレクトティーチングを行う手順を示すフローチャートである。図１０は、ダイレクトティーチング実行中の加工装置の模式図である。まず、ワーク５０を、力覚センサ３５を介して保持部２２に保持する（ステップＳＡ１ａ）。形状センサ３０で工具１０の形状を検出する手順（ステップＳＡ２）は、図３に示した実施例のステップＳＡ２と同一である。 Figure 9 is a flow chart showing the procedure for performing direct teaching. Figure 10 is a schematic diagram of the processing device during direct teaching. First, the workpiece 50 is held by the holding part 22 via the force sensor 35 (step SA1a). The procedure for detecting the shape of the tool 10 by the shape sensor 30 (step SA2) is the same as step SA2 in the embodiment shown in Figure 3.

作業者が１つのワーク５０を加工している期間、ワーク５０の位置姿勢情報の履歴Ｗ_ｉ（ｔ_ｊ）に加えて、作業者がワーク５０を工具１０に押し付けている力の大きさを示す情報（押し付け力情報Ｆ_ｉ）の履歴Ｆ_ｉ（ｔ_ｊ）（図１０）を記録する（ステップＳＡ３ａ）。押し付け力情報Ｆ_ｉは、ワーク５０の位置姿勢情報Ｗ_ｉの取得に同期して取得する。押し付け力の大きさは、力覚センサ３５によって測定される。１つのワーク５０の加工が終了すると、制御装置４０は、工具１０の形状情報Ｔ_１と、ワーク５０の位置姿勢情報の履歴Ｗ_ｉ（ｔ_ｊ）及び押し付け力情報の履歴Ｆ_ｉ（ｔ_ｊ）とを関連付けて、加工データベース４１に格納する（ステップＳＡ４ａ）。 During the period when the worker is machining one workpiece 50, in addition to the history W _i (t _j ) of the position and orientation information of the workpiece 50, the history F _i (t _j ) ( FIG. 10 ) of information (pressing force information F _i ) indicating the magnitude of the force with which the worker is pressing the workpiece 50 against the tool 10 is recorded (step SA3a). The pressing force information F _i is acquired in synchronization with the acquisition of the position and orientation information W _i of the workpiece 50. The magnitude of the pressing force is measured by the force sensor 35. When machining of one workpiece 50 is completed, the control device 40 associates the shape information T ₁ of the tool 10 with the history W _i (t _j ) of the position and orientation information of the workpiece 50 and the history F _i (t _j ) of the pressing force information, and stores them in the machining database 41 (step SA4a).

図１１は、本実施例で使用される加工データベース４１の構造を示す図表である。ある時刻ｔ_ｊにおけるワーク５０の位置姿勢情報Ｗ_ｉと押し付け力情報Ｆ_ｉとが組になって記憶されている。工具１０の形状情報Ｔ_ｉに関連付けて、ワーク５０の位置姿勢情報Ｗ_ｉと押し付け力情報Ｆ_ｉとの組の履歴（Ｗ_ｉ（ｔ_ｊ），Ｆ_ｉ（ｔ_ｊ））が記憶されている。 11 is a diagram showing the structure of the machining database 41 used in this embodiment. Position and orientation information W _i of the workpiece 50 at a certain time t _j and pressing force information F _i are stored as a pair. In association with shape information T _i of the tool 10, a history of the pair of position and orientation information W _i of the workpiece 50 and pressing force information F _i (W _i (t _j ), F _i (t _j )) is stored.

自動加工を行うときには、制御装置４０は、現時点の工具１０の形状に応じて抽出したワーク５０の位置姿勢情報Ｗ_ｉと押し付け力情報Ｆ_ｉとの組の履歴（Ｗ_ｉ（ｔ_ｊ），Ｆ_ｉ（ｔ_ｊ））に基づいて、移動機構２０を制御する。例えば、ワーク５０の位置姿勢情報Ｗ_ｉに基づいて移動機構２０を制御すると、ワーク５０が工具１０に接触する状態が得られるが、ワーク５０を工具１０に押し付ける力はほぼ０である。この状態から、移動機構２０の各関節にトルクを発生させることにより、ワーク５０を工具１０に押し付ける。各関節に発生させるトルクの大きさは、自動加工中に力覚センサ３５から取得した押し付け力の大きさが、工具１０の形状に応じて抽出された押し付け力の履歴Ｆ_ｉ（ｔ_ｊ）から得られる現時点の大きさに一致するように、各関節のトルクを制御するとよい。 When performing automatic machining, the control device 40 controls the moving mechanism 20 based on the history (W _i (t _j ), F _i (t _j )) of the pair of position and orientation information W _i of the workpiece 50 and pressing force information F _i extracted according to the shape of the tool 10 at the current time. For example, when the moving mechanism 20 is controlled based on the position and orientation information W _i of the workpiece 50, a state in which the workpiece 50 contacts the tool 10 is obtained, but the force pressing the workpiece 50 against the tool 10 is almost zero. From this state, the workpiece 50 is pressed against the tool 10 by generating torque at each joint of the moving mechanism 20. The magnitude of the torque generated at each joint may be controlled so that the magnitude of the pressing force acquired from the force sensor 35 during automatic machining matches the current magnitude obtained from the pressing force history F _i (t _j ) extracted according to the shape of the tool 10.

次に、本実施例の優れた効果について説明する。
本実施例では、工具１０が加工中にほとんど変形しない場合でも、ワーク５０を工具１０に対して最適な力で押し付けて加工を行うことができる。 Next, the excellent effects of this embodiment will be described.
In this embodiment, even if the tool 10 hardly deforms during machining, the workpiece 50 can be pressed against the tool 10 with an optimal force to perform machining.

次に、本実施例の変形例について説明する。
本実施例（図８）では、力覚センサ３５を保持部２２とワーク５０との間に配置しているが、力覚センサ３５を工具１０側に配置してもよい。例えば、ワーク５０を工具１０に押し付けると、工具１０が押し付け力に応じて僅かに変位し、ワーク５０に対して反力が作用する構成を採用してもよい。このとき、力覚センサ３５として、工具１０の微小な変位量から押し当て力を計測するものを用いるとよい。 Next, a modification of this embodiment will be described.
In this embodiment (FIG. 8), the force sensor 35 is disposed between the holding portion 22 and the workpiece 50, but the force sensor 35 may be disposed on the tool 10 side. For example, a configuration may be adopted in which, when the workpiece 50 is pressed against the tool 10, the tool 10 is slightly displaced in response to the pressing force, and a reaction force acts on the workpiece 50. In this case, it is preferable to use, as the force sensor 35, a sensor that measures the pressing force from the minute amount of displacement of the tool 10.

次に、図１２～図１４を参照して、さらに他の実施例について説明する。図１２は、本実施例による加工装置を用いて加工を行う際の工具１０及びワーク５０の斜視図である。図１～図１１を参照して説明した実施例では、ワーク５０の被加工面がほぼ平坦な例を示したが、本実施例では、バフ研磨を行う加工装置を用いて研磨するワーク５０の被加工面が凹面である。被加工面は、工具１０の幅程度の範囲でも無視できない程度の曲率半径を有している。 Next, referring to Figures 12 to 14, a further embodiment will be described. Figure 12 is a perspective view of the tool 10 and workpiece 50 when machining is performed using the machining device of this embodiment. In the embodiment described with reference to Figures 1 to 11, an example was shown in which the machined surface of the workpiece 50 was almost flat, but in this embodiment, the machined surface of the workpiece 50 polished using a machining device that performs buff polishing is concave. The machined surface has a radius of curvature that cannot be ignored even within a range of about the width of the tool 10.

図１３及び図１４は、加工中の工具１０とワーク５０との位置関係を示す断面図である。図１３に示すように、工具１０の外周面１０Ｓが回転中心軸に対して平行な円筒形状でる場合、被研磨面の法線方向を、工具１０の外周面１０Ｓに対して垂直にして研磨を行うと、外周面１０Ｓの両側の縁が被研磨面に強く押し付けられ、中央部分が被研磨面に接触しないか、または押し付け力が相対的に弱くなる。被研磨面に対して均一な研磨を行うためには、図１３に示すように工具１０の角部（外周面１０Ｓの縁）を被研磨面に接触させることが好ましい。工具１０の角部を被研磨面に接触させて加工を行うと、工具１０の摩耗に偏りが生じる。 13 and 14 are cross-sectional views showing the positional relationship between the tool 10 and the workpiece 50 during processing. As shown in FIG. 13, when the outer peripheral surface 10S of the tool 10 has a cylindrical shape parallel to the central axis of rotation, if the normal direction of the surface to be polished is perpendicular to the outer peripheral surface 10S of the tool 10, the edges on both sides of the outer peripheral surface 10S are strongly pressed against the surface to be polished, and the center part does not contact the surface to be polished or the pressing force is relatively weak. In order to perform uniform polishing of the surface to be polished, it is preferable to bring the corners of the tool 10 (the edges of the outer peripheral surface 10S) into contact with the surface to be polished as shown in FIG. 13. If the corners of the tool 10 are in contact with the surface to be polished during processing, uneven wear of the tool 10 occurs.

図１４に示すように、工具１０の角が摩耗して斜めになると、摩耗後の工具１０の角部が被研磨面に接触する状態で研磨することが好ましい。このように、ワーク５０の被研磨面が凹面である場合、工具１０の摩耗に偏りが生じやすい。なお、被研磨面が単純な凹面ではなく、より複雑な形状である場合も、適切な加工を行うために工具１０の角部を使用することによって工具１０の形状が変化する場合がある。このため、工具１０の形状の変化に応じて、ワーク５０の姿勢を調整しながら加工を行うことが好ましい。 As shown in FIG. 14, when the corners of the tool 10 wear and become slanted, it is preferable to perform polishing in a state where the worn corners of the tool 10 are in contact with the surface to be polished. In this way, when the surface to be polished of the workpiece 50 is concave, uneven wear of the tool 10 is likely to occur. Note that even when the surface to be polished is not simply concave but has a more complex shape, the shape of the tool 10 may change by using the corners of the tool 10 to perform appropriate machining. For this reason, it is preferable to perform machining while adjusting the posture of the workpiece 50 in accordance with the change in the shape of the tool 10.

図１～図１１を参照して説明した実施例による加工装置を用いると、工具１０の形状の変化に応じて、ワーク５０の姿勢を異ならせて加工を行うことが可能であるため、被研磨面が凹面や、その他の複雑な形状である場合にも、工具１０の形状の変化に応じて適切な加工を行うことが可能である。 When using the machining device according to the embodiment described with reference to Figures 1 to 11, machining can be performed by changing the posture of the workpiece 50 in response to changes in the shape of the tool 10. Therefore, even if the surface to be polished has a concave surface or other complex shape, appropriate machining can be performed in response to changes in the shape of the tool 10.

また、図１～図１１を参照して説明した実施例では、工具１０の形状が、円柱状から円錐台状に変化する例を示しているが、その他の形状に変化する場合もあり得る。例えば、工具１０の形状が円柱状から、そろばんの玉のような形状に変化する場合もあり得る。この場合にも、図１～図１１を参照して説明した実施例による加工装置を適用することが有効である。 In the embodiment described with reference to Figures 1 to 11, the shape of the tool 10 changes from a cylindrical shape to a truncated cone shape, but it may change to other shapes. For example, the shape of the tool 10 may change from a cylindrical shape to a shape like an abacus bead. In this case, it is effective to apply the processing device according to the embodiment described with reference to Figures 1 to 11.

上述の各実施例は例示であり、異なる実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。複数の実施例の同様の構成による同様の作用効果については実施例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。 The above-described embodiments are merely examples, and it goes without saying that partial substitution or combination of the configurations shown in different embodiments is possible. Similar effects due to similar configurations in multiple embodiments will not be mentioned one by one. Furthermore, the present invention is not limited to the above-described embodiments. For example, it will be obvious to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, etc. are possible.

１０工具
１０Ｓ工具の外周面
１１回転中心軸
１２モータ
２０移動機構（多関節ロボットアーム）
２１ベース
２２ワーク保持部
３０形状センサ
３５力覚センサ
４０制御装置
４１加工データベース
４１Ａ、４１Ｂ加工データベースの１のレコード
５０ワーク
10 Tool 10S Outer circumferential surface of tool 11 Rotation central shaft 12 Motor 20 Moving mechanism (multi-joint robot arm)
21 Base 22 Workpiece holder 30 Shape sensor 35 Force sensor 40 Control device 41 Machining database 41A, 41B One record in the machining database 50 Workpiece

Claims

A tool that comes into contact with a workpiece to process the workpiece;
A shape sensor for detecting a shape of the tool;
A control device;
a moving mechanism that supports at least one of the tool and the workpiece, and changes a relative position and attitude of the workpiece with respect to the tool in response to a command from the control device while the workpiece is in contact with the tool ;
a machining database that stores a relationship between the shape of the tool and a history of the relative position and orientation of the workpiece with respect to the tool;
Equipped with
The control device includes:
extracting one history of a relative position and orientation of the workpiece with respect to the tool based on the shape of the tool detected by the shape sensor and the machining database;
The machining device changes the position and attitude of the workpiece relative to the tool based on the extracted history to machine the workpiece.

Further, a force sensor is provided to measure a force pressing the workpiece against the tool,
The machining database further stores a relationship between a shape of the tool and a pressing force for pressing the workpiece against the tool,
The machining device according to claim 1, wherein the control device extracts one history of the pressing force based on the shape of the tool detected by the shape sensor and the machining database , and changes the pressing force obtained from the force sensor based on the extracted history to machine the workpiece .

The tool is a rotating body that performs machining by contacting an outer circumferential surface of the tool with the workpiece,
The machining device according to claim 1 or 2 , wherein the shape sensor detects a shape of an outer circumferential surface of the tool.

The machining device according to any one of claims 1 to 3, wherein the control device performs machining by tilting an area of the surface of the workpiece that contacts the outer peripheral surface of the tool in the same direction as the outer peripheral surface is inclined relative to the central axis of rotation of the tool.