特開 2023-46754 バリ取り／エッジ仕上げ方法およびバリ取り／エッジ仕上げ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023046754

(43)【公開日】2023-04-05

(54)【発明の名称】バリ取り／エッジ仕上げ方法およびバリ取り／エッジ仕上げ装置

(51)【国際特許分類】

   B25J 13/08 20060101AFI20230329BHJP

   B23F 19/10 20060101ALI20230329BHJP

   G05B 19/4097 20060101ALI20230329BHJP

【ＦＩ】

B25J13/08 Z

B23F19/10

G05B19/4097 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021155529

(22)【出願日】2021-09-24

(71)【出願人】

【識別番号】000005197

【氏名又は名称】株式会社不二越

(74)【代理人】

【識別番号】100120400

【弁理士】

【氏名又は名称】飛田 高介

(74)【代理人】

【識別番号】100124110

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 大介

(72)【発明者】

【氏名】田中 源基

(72)【発明者】

【氏名】井上 智志

(72)【発明者】

【氏名】芳井 基也寿

(72)【発明者】

【氏名】仲橋 孝博

【テーマコード（参考）】

3C025

3C269

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C025DD02

3C025DD04

3C269AB33

3C269BB14

3C269EF69

3C269JJ18

3C269MN16

3C707AS12

3C707BS10

3C707KS03

3C707KS04

3C707KS31

3C707LS15

3C707LT07

(57)【要約】

【課題】渦電流センサを使用することなく、ツールとワークや固定治具との干渉をなくして、加工対象にできる歯車形状の範囲を拡大することが可能なバリ取り／エッジ仕上げ方法およびその装置を提供する。
【解決手段】ツールを用いて歯車形状のワーク１５０のバリを除去する、またはワーク１５０のエッジを面取りするバリ取り／エッジ仕上げ方法であって、ワーク１５０またはツール１３６の少なくとも一方を相対的に回転させて少なくとも１歯の歯先を加工し、ワーク１５０とツール１３６が接触しているか否かを判定し、ワーク１５０とツール１３６の接触状態からワーク１５０の位相を推定し、推定したワーク１５０の位相に基づいて、ワーク１５０のエッジに沿ってツール１３６を倣わせる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ツールを用いて歯車形状のワークのバリを除去する、または前記ワークのエッジを面取りするバリ取り／エッジ仕上げ方法であって、
前記ワークまたは前記ツールの少なくとも一方を相対的に回転させて少なくとも１歯の歯先を加工し、
前記ワークと前記ツールとが接触しているか否かを判定し、
前記ワークと前記ツールとの接触状態から前記ワークの位相を推定し、
推定した前記ワークの位相に基づいて、該ワークの前記エッジに沿って前記ツールを倣わせることを特徴とするバリ取り／エッジ仕上げ方法。

【請求項2】

前記ワークの前記位相の推定においては、
前記ワークと前記ツールとが接触しなくなったときの該ツールの位相と、前記ワークの諸元から算出される歯先長さとから、前記ワークの歯先中心の位相を求めることを特徴とする請求項１に記載のバリ取り／エッジ仕上げ方法。

【請求項3】

ツールを用いて歯車形状のワークのバリを除去する、または前記ワークのエッジを面取りするバリ取り／エッジ仕上げ装置であって、
前記ワークまたはツールの少なくとも一方を相対的に回転させるロボットと、
前記ツールの位相を計測する位相計測部と、
前記ワークと前記ツールとが接触しているか否かを判定する接触判定部と、
前記ワークの位相を推定する位相推定部とを有し、
前記位相推定部は、
前記ロボットによって前記ワークまたは前記ツールの少なくとも一方を相対的に回転させて、
前記ツールによって前記ワークの少なくとも１歯の歯先を加工し、
前記接触判定部によって前記ワークと前記ツールとの接触状態を判定し、
前記ワークと前記ツールとの接触状態から前記ワークの位相を推定することを特徴とするバリ取り／エッジ仕上げ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ワークを加工したときにエッジに形成されるバリの除去またはエッジの仕上げを、自動で行うバリ取り／エッジ仕上げ方法およびバリ取り／エッジ仕上げ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、ワークを加工したときにエッジに形成されるバリの除去およびエッジの仕上げを、自動で行う装置が知られている。従来は、精度良く把持されたワークに対して、ロボットがツール（工具）をワークのエッジに倣わせて、バリの除去または面取りを施していた。

【0003】

特許文献１に開示されたバリ取り装置は、ワークの三次元データに基づいてバリ取り部位の形状データおよびツールの姿勢を取得して、ロボットの動作が制御される。しかしながら、ＣＡＭのような３次元データにて通常作図されない、例えば歯車がワークの場合、新たにそのワークの３次元データを作成および取得しなければならないという問題がある。

【0004】

特許文献２には、ワークの少なくとも一つの面とツールとを少なくとも一回以上接触停止させ、ワークとツールとの相対的な位置データを取得することにより、ワークのエッジに沿ってツールを移動させるようにロボットプログラムを自動生成するバリ取り／エッジ仕上げ装置が提案されている。特許文献２によれば、ワークとツールとの導通接触、および渦電流センサによるワークとツールとのギャップ測定を用いて、実際のバリ取りおよびエッジ仕上げ部位を検出し、バリ取り／エッジ仕上げの自動化を高精度に実現できると述べている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許５８４５２１２号公報

【特許文献2】特開２０２０－０１９１２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献２に開示された技術では、渦電流センサによるワークとツールとのギャップ測定を行っているが、渦電流センサを用いるためには計測スポットにある程度の広さが必要である。したがって、歯車軸方向の厚みが薄いワークは、歯を（加工部位を）検出することができない。またはすば歯車やかさ歯車のように歯車軸方向に対して形状が一定でないものは、ギャップ計測が困難である。さらに、センサを歯車近傍に配置させてワークを回転させる必要があるため、センサをワーク近傍に近づける際にツール（工具）がワークや固定治具と干渉する可能性があり、対象にできる歯車形状が制限されるという問題がある。

【0007】

そこで本発明の目的は、渦電流センサを使用することなく、ツールとワークや固定治具との干渉をなくして、加工対象にできる歯車形状の範囲を拡大することが可能なバリ取り／エッジ仕上げ方法およびその装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明の代表的な構成は、ツールを用いて歯車形状のワークのバリを除去する、またはワークのエッジを面取りするバリ取り／エッジ仕上げ方法であって、ワークまたはツールの少なくとも一方を相対的に回転させて少なくとも１歯の歯先を加工し、ワークとツールが接触しているか否かを判定し、ワークとツールの接触状態からワークの位相を推定し、推定したワークの位相に基づいて、ワークのエッジに沿ってツールを倣わせることを特徴とする。

【0009】

ワークの位相の推定においては、ワークとツールが接触しなくなったときのツールの位相と、ワークの諸元から算出される歯先長さから、ワークの歯先中心の位相を求めることが好ましい。

【0010】

本発明の他の代表的な構成は、ツールを用いて歯車形状のワークのバリを除去する、またはワークのエッジを面取りするバリ取り／エッジ仕上げ装置であって、ワークまたはツールの少なくとも一方を相対的に回転させるロボットと、ツールの位相を計測する位相計測部と、ワークとツールが接触しているか否かを判定する接触判定部と、ワークの位相を推定する位相推定部とを有し、位相推定部は、ロボットによってワークまたはツールの少なくとも一方を相対的に回転させて、ツールによってワークの少なくとも１歯の歯先を加工し、接触判定部によってワークとツールの接触状態を判定し、ワークとツールの接触状態からワークの位相を推定することを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、渦電流センサを使用することなく、干渉をなくして対象にできる歯車形状の範囲を拡大することが可能なバリ取り／エッジ仕上げ方法およびその装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施形態に係るバリ取り／エッジ仕上げ装置の構成を示す概略図である。

【図2】バリ取り／エッジ仕上げの加工状態を説明する図である。

【図3】バリ取り／エッジ仕上げ方法の段取りを説明するフローチャートである。

【図4】ワークの加工位置の拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0014】

図１は実施形態に係るバリ取り／エッジ仕上げ装置１００の構成を示す概略図である。図２はバリ取り／エッジ仕上げの加工状態を説明する図である。バリ取り／エッジ仕上げ装置１００は、複数のアームを備えるロボット１３０と、ロボットアームの先端に位置する手首部１３２に取付けられるツール１３６（工具）と、ロボット３０を制御するロボット制御装置１６０と、データ処理部１７０とを備えている。

【0015】

ロボット１３０は、ロボット制御装置１６０より出力される制御信号に従って、各関節に設けられた図示されない電気モータ（サーボモータ）を回転させることによって、種々の位置および姿勢をとることができる。ロボットは図示されたものに限定されず、公知の形態を有する任意のロボットにも本実施形態を同様に適用できる。

【0016】

ツール１３６（工具）は、バリを除去するのに一般的に使用されるツールであればよく、特定の形態のものに限定されない。例えばドリルやエンドミルを例示することができる。ツール１３６はロボット１３０の手首部１３２に固定されていて、ロボット１３０が動作するのに従って手首部１３２と一緒に移動する。ツールホルダ１３８（チャック）は本実施形態では軸方向フロート機構付きのものを用いる。

【0017】

バリ取り／エッジ仕上げの対象物であるワーク１５０（例えば歯車）は、ロボット１３０の可動範囲内において、床面または作業テーブルなど（図示せず）に固定されている。したがって、ロボット１３０が駆動されると、ツール１３６がワーク１５０に対して相対的に移動するようになっている。図２（ａ）に示すように、ワーク１５０には、例えば工作機械により歯切り加工した際に歯車の縁部１５０ａに沿ってバリ１５３が形成されている。バリ取り／エッジ仕上げ装置１００は、ツール１３６をワーク１５０に押し当てながら図２（ｂ）に示すように歯車の縁部１５０ａに沿って移動させることによって、ワーク１５０のバリを除去およびエッジを仕上げることができるようになっている。

【0018】

本実施形態では、ワーク５０の例として平歯車を用いた実施形態についての説明を行うが、本発明の技術は、内歯車、はすば歯車、はすば歯車、ねじ歯車、かさ歯車、ラック、まがりばかさ歯車、マイタ歯車などの歯車や、鋳物、ダイカスト、砂型などのワークに対しても適応可能であり、限定されるものではない。

【0019】

バリ取り／エッジ仕上げを実行する前には、図示しない電源によりワーク１５０とツール１３６との間に電圧を付与した状態で、ワーク１５０とツール１３６とを接触導通させ、ロボット１３０を停止し、その位置を記憶することによって、ワーク１５０とツール１３６との相対的な位置データを検出することができる。位置データの検出値は、後述するようにバリを除去するまたはエッジを仕上げるロボットプログラムを自動生成するためのデータとして、ロボット制御装置１６０に入力される。

【0020】

ロボット制御装置１６０は、ロボットプログラム生成部１６２を備えている。またロボット制御装置１６０は、後述するツール位相検出部１６４、接触判定部１６６、ワーク位相推定部１６８を備えている。

【0021】

データ処理部１７０は、ロボット制御装置１６０に接続されるパーソナルコンピューターでありうる。データ処理部１７０は、ワークの形状データ１５２、例えば、モジュール、歯数、転位係数、歯先円径、歯底円径などの歯車の諸元情報を必要に応じて読み出し可能である。またデータ処理部１７０は、ツールの形状データ１３８についても必要に応じて読み出し可能である。さらにデータ処理部１７０は、ユーザーが入力する所望の加工面状態のデータ１８０を必要に応じて読み出し可能である。

【0022】

ロボットプログラム生成部１６２では、データ処理部１７０から読み出されるツールの形状データ１３８と、ワークの形状データ１５２と、ユーザーが入力する所望の加工面状態のデータ１８０と、接触導通により検出された位置データと、ワーク位相推定部１６８が推定したワークの位相とに基づいて、バリ取り／エッジ仕上げ装置１００のロボットプログラムを作成することができる。

【0023】

続いて、ワーク１５０からバリを除去する、またはエッジを仕上げる際におけるバリ取り／エッジ仕上げ装置１００の動作について説明する。図３はバリ取り／エッジ仕上げ方法の段取りを説明するフローチャートである。図３（ａ）は全体の流れを説明するフローチャート、図３（ｂ）は位相推定の流れを説明するフローチャートである。図４はワークの加工位置の拡大図である。

【0024】

まず図３（ａ）を参照すると、ステップＳ３００において、ワーク１５０をフライスチャック（図示しない）により固定する。続いて、ステップＳ３０２において、ワークの形状データ１５２、ツールの形状データ１３８、および加工面状態のデータ１８０を入力する。加工面状態とは、例えば加工面寸法（面取りの平面視での取り代）として設定することができる。

【0025】

続いて、ステップＳ３０４において、導通接触による歯車の自動位置把握を行う。ツール１３６とワーク１５０との間に電圧を付与した状態にてロボットを動作させ、ツール１３６とワーク１５０上面部とが接触導通した瞬間にロボットを停止させることで、ツール１３６と歯車ワーク１５０との相対的な位置関係を把握する。この位置データは、例えばワーク１５０をチャックする際に異物が噛み込み、ワーク１５０が傾斜した場合においても、ワーク１５０の上面部の平面の傾きと歯車ワーク５０の中心位置が正確に検出できるため、ツール１３６とワーク１５０とを所望の加工ができるように、ロボットプログラムを自由に設定することができる。

【0026】

続いて、ステップＳ３０６において、ワーク１５０の位相推定を行う。位置推定については、図３（ｂ）のフローチャートおよび図４の拡大図を用いて説明する。

【0027】

ステップＳ３２０において、位置計測結果および各種情報に基づいて歯先加工プログラムを生成する。この歯先加工プログラムは、ワークの縁部１５０ａのうち歯先円に沿ってツールを動かして歯先１５４のみを加工するプログラムであり、歯面１５６や歯底１５８は倣わない。

【0028】

そしてステップＳ３２２において、ツール１３６の動作を開始する。すると図４に示すように、歯先１５４に加工が行われる（ここでは面取り１５４ａを形成する）。このとき、ステップＳ３２４において、ツール位相検出部１６４がツール１３６の位相の計測を開始する。ツール位相検出部１６４の具体例としては、駆動モータにエンコーダを設けてもよいし、駆動モータがステッピングモータである場合にはステップ数を係数してもよい。

【0029】

そしてステップＳ３２６において、接触判定部１６６がツール１３６とワーク１５０との接触状態を判定する。接触判定部１６６の具体例としては、ツール１３６とワーク１５０との接触通電で検出する。ただしツール１３６がドリルやエンドミルであると通電が断続的になるため、電流を検知しにくい場合がある。その場合には、振動センサや駆動モータのトルクセンサ、ＬＣタッチセンサなどを用いることができる。

【0030】

ツール１３６を歯先円に沿って移動させるとき、ツール１３６が加工していないとき、すなわち歯先１５４に到達していないときは、ツール１３６とワーク１５０とが接触しない。加工を行っている間はツール１３６とワーク１５０とが接触した状態である。そしてツール１３６が歯先１５４を通り過ぎると、ふたたび接触した状態ではなくなる。すなわち、ツール１３６の接触開始位相（θstart）と接触終了位相（θend）とが、歯先の両端の位相に相当するということができる。

【0031】

ただし、図４からわかるように、ツール１３６としてドリルやエンドミルのような回転体を使用する場合は、特に接触開始位相（θstart）で大きな誤差が生じる。これはツール１３６の中心が歯先１５４に到達する前に、歯先１５４の前端の角（図４の右側）がツールの側方に当たり始めるためである。

【0032】

なお、接触終了位相（θend）側においても、接触しなくなる位相と歯先１５４の後端（図４の左側）の位相とにはずれが生じる。これはギヤの歯が台形（正確にはインボリュート形）をしているためである。しかしながら接触終了位相（θend）側の誤差は、接触開始位相（θstart）側の誤差と比較すればはるかに小さい。

【0033】

そこでステップＳ３２８において、ワーク位相推定部１６８は、ワーク１５０とツール１３６とが接触しなくなったときのツール１３６の位相を取得する。ワーク１５０の諸元から歯先長さＷを算出することができるので、歯先中心（θcenter）から歯先の端までの位相差（θhalf）を算出することができる。したがって歯先中心の位相は、次式で求めることができる。
θcenter＝θend－θhalf （式１）

【0034】

このようにしてワーク１５０の位相を求めたら、図３（ａ）のステップＳ３０８において、バリ取りおよび仕上げのロボットプログラムを自動生成する。具体的には、ワークの形状データ１５２により歯車エッジの点群を作成する。そして次に、接触導通によって検出された位置データと、ワーク位相推定計算によって推定されたワークの位相によって、歯車エッジの点群を実際のワークの姿勢と一致させる。そして次に、ツールの形状データ１３８とユーザーが入力する所望の加工面状態のデータ１８０とを用いて、歯車エッジの点群を、実際にツールを動作させる教示の点群へシフトすることで、ロボットプログラムを自動生成することができる。

【0035】

そしてステップＳ３１０において、ロボット１３０をロボットプログラムによって動作させ、ツール１３６を図２（ｂ）に示したようにワークの縁部１５０ａを倣わせることにより、バリ取り／エッジ仕上げを行うことができる。

【0036】

上記説明したように、本発明によれば、渦電流センサを使用することなく、ツール１３６を用いてワーク１５０の歯車の位相を検出することができる。これにより、装置コストの低減を図ると共に、ツールとワークや固定治具との干渉をなくして、加工対象にできる歯車形状の範囲を拡大することが可能なバリ取り／エッジ仕上げ方法およびその装置を提供することができる。

【0037】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は斯かる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【産業上の利用可能性】

【0038】

本発明は、自動車、産機、建機、農機などの部材を加工するときに発生するバリの除去およびエッジの仕上げを、自動で行う手法および装置であり、前述の産業において幅広く使用される可能性を有する。

【符号の説明】

【0039】

１００…バリ取り／エッジ仕上げ装置、１３０…ロボット、１３２…手首部、１３６…ツール、１３８…ツールの形状データ、１５０…ワーク、１５０ａ…縁部、１５２…ワークの形状データ、１５３…バリ、１５４…歯先、１５６…歯面、１５８…歯底、１６０…ロボット制御装置、１６２…ロボットプログラム生成部、１６４…ツール位相検出部、１６６…接触判定部、１６８…ワーク位相推定部、１７０…データ処理部、１８０…加工面状態のデータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】