CN111465468B - 工件支承***以及工件支承方法 - Google Patents

Abstract

提供一种能够以简单的结构使杆伸缩并且使杆保持在规定的伸缩位置的工件支承***以及工件支承方法。工件支承加工***(1)具备：多个杆(4)，其能够在轴向上伸缩；真空垫(5)，其能够转动地设置在杆(4)的上端部，对工件进行保持；伸缩锁止机构，其对杆(4)的轴向的伸缩位置进行保持；机器人(3)，其具有能够对杆(4)或真空垫(5)进行保持的手(32)，进行手(32)的位置控制。机器人(3)在手(32)对杆(4)或真空垫(5)进行保持的状态下，基于预先记录的工件的形状数据使手(32)移动而使杆(4)伸缩，伸缩锁止机构对通过机器人(3)而伸缩的杆(4)的伸缩位置进行保持。

Description

工件支承***以及工件支承方法

技术领域

本发明涉及工件支承***以及工件支承方法。

背景技术

在对飞机中的尾翼等飞机部件等进行制造时，对具有曲面的部件(例如板状部件)实施加工，因此存在使用从下方支承工件的曲面侧的工件支承装置(以下称之为“支承装置”)的情况。对于在支承装置上支承的工件，例如通过由加工用机器人的臂把持的刀具等从工件的上面侧实施切削加工等。

对于支承装置来说，存在在垂直方向上设有能够伸缩的多个杆，通过在杆的上端部设置的真空垫对工件进行保持的情况。并且，在以下专利文献1中，公开了在多个吸引管吸附了板状工件后，通过使吸引管没入出没孔中，使板状工件被吸引到在夹具本体的上表面形成的曲面状的吸附面的技术。由此，板状工件被真空吸附于治具本体的吸附面，从而防止切削刀具的旋转振动造成的共振。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：(日本)特许第5766485号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

对工件进行支承的支承装置具有能够伸缩的多个杆和自如调节角度的真空垫。在这种情况下，通过对杆的伸缩长度进行调节或根据工件的形状来改变真空垫的设置方向，能够通过一台支承装置来支承曲率不同的多种工件。

在将工件载置于上述支承装置前的准备工序中，需要根据成为支承对象的工件的曲面形状，对多个杆的伸缩长度进行调节。在这种情况下，如果作业者手动进行各调节，由于存在大量杆而费时费力，并且，存在位置精度差的问题。并且，考虑对各杆的伸缩长度进行自动控制，但在这种情况下，需要针对每个杆设置伺服电机、放大器、线性标尺等驱动部和导轨、滚珠丝杠等传递机构，成为复杂且昂贵的结构。另外，需要与杆的数量相对应的数量的将伺服电机与放大器连接的线缆，因此难以进行对杆进行支承的工作台的拆装，并且，取决于杆的数量控制盘也会变大。

本发明是鉴于这样的情况而做出的，其目的在于提供一种能够通过简单的机构使杆伸缩，并且使杆保持在规定的伸缩位置的工件支承***和工件支承方法。

用于解决技术问题的技术方案

本发明第一形态的工件支承***具备：多个杆，其能够在轴向上伸缩；保持部，其能够转动地设置在所述杆的上端部，对工件进行保持；第一锁止部，其对所述杆的轴向的伸缩位置进行保持；位置调节装置，其具有能够对所述杆或所述保持部进行保持的手部，进行所述手部的位置控制；所述位置调节装置在所述手部对所述杆或所述保持部进行保持的状态下，基于预先记录的所述工件的形状数据使所述手部移动而使所述杆伸缩，所述第一锁止部对通过所述位置调节装置而伸缩的所述杆的所述伸缩位置进行保持。

根据该结构，多个杆能够在轴向上伸缩，能够转动地设置在杆的上端部的保持部对工件进行保持，并且，由于第一锁止部对杆的轴向的伸缩位置进行保持，因此能够对曲率不同的多种工件进行支承。并且，在位置调节装置的手部对杆或保持部进行保持的状态下，位置调节装置基于预先记录的工件的形状数据使手部移动而使杆伸缩。然后，通过第一锁止部对通过位置调节装置而伸缩的杆的伸缩位置进行保持。由此，能够不针对各杆设置驱动装置和传递驱动力的传递机构而以简单的结构使杆伸缩，并且根据工件的形状数据使杆保持在规定的伸缩位置。

在上述第一形态中，可以进一步具备对所述保持部的转动方向进行保持的第二锁止部，所述位置调节装置在所述手部对所述保持部进行保持的状态下，基于预先记录的所述工件的形状数据使所述手部移动而使所述保持部转动，所述第二锁止部对通过所述位置调节装置而转动的所述保持部的所述转动方向进行保持。

根据该结构，在位置调节装置的手部对保持部进行保持的状态下，位置调节装置基于预先记录的工件的形状数据使手部移动而使保持部转动。然后，通过第二锁止部对通过位置调节装置而转动的保持部的转动方向进行保持。由此，能够以简单的结构使保持部转动，并且根据工件的形状数据使保持部保持在规定的转动方向上。

在上述第一形态中，可以进一步具备在上表面设有所述多个杆，并且能够绕与铅直方向平行的旋转轴旋转的工作台部。

根据该结构，上表面设有多个杆的工作台部能够绕与铅直方向平行的旋转轴旋转可能，对于多个杆和支承在多个杆上的工件来说，能够改变相对于位置调节装置的方向。

在上述第一形态中，所述保持部可以具有对所保持的所述工件进行真空吸引的吸引部。

根据该结构，由于吸引部对工件进行真空吸引，能够可靠地保持工件。

本发明第二形态的工件支承方法是使用了以下工件支承***的工件支承方法，该工件支承***具备：多个杆，其能够在轴向上伸缩；保持部，其能够转动地设置在所述杆的上端部，对工件进行保持；第一锁止部，其对所述杆的轴向的伸缩位置进行保持；位置调节装置，其具有能够保持所述杆或所述保持部的手部，进行所述手部的位置控制；在该工件支承方法中，具备：在所述位置调节装置的所述手部对所述杆或所述保持部进行了保持的状态下，基于预先记录的所述工件的形状数据使所述手部移动，使所述杆伸缩的步骤；所述第一锁止部对通过所述位置调节装置而伸缩的所述杆的所述伸缩位置进行保持的步骤。

发明的效果

根据本发明，能够通过简单的结构使杆伸缩，并且使杆保持在规定的伸缩位置。

附图说明

图1是表示本发明一实施方式的工件支承加工***的整体构成图。

图2是表示本发明一实施方式的工件支承装置的伸缩锁止机构的横剖视图。

图3是表示本发明一实施方式的工件支承装置的伸缩锁止机构的纵剖视图。

图4是表示本发明一实施方式的工件支承装置的转动锁止机构的第一实施例的纵剖视图。

图5是表示本发明一实施方式的工件支承装置的转动锁止机构的第二实施例的纵剖视图。

图6是表示本发明一实施方式的工件支承装置的转动锁止机构的第三实施例的纵剖视图。

图7A是表示本发明一实施方式的工件支承加工***的动作的说明图。

图7B是表示本发明一实施方式的工件支承加工***的动作的说明图。

图7C是表示本发明一实施方式的工件支承加工***的动作的说明图。

图7D是表示本发明一实施方式的工件支承加工***的动作的说明图。

图7E是表示本发明一实施方式的工件支承加工***的动作的说明图。

图7F是表示本发明一实施方式的工件支承加工***的动作的说明图。

具体实施方式

本实施方式的工件支承加工***1具备从下方支承工件的工件支承装置(以下称之为“支承装置”)2和能够相对于被支承装置2支承的工件实施加工的机器人3等。在本实施方式中，机器人3不仅对工件进行加工，如后所述，在准备工序中，改变支承装置2的杆4的伸缩位置、真空垫5的转动方向。工件支承加工***1是本发明的工件支承***的一个例子。

工件例如是板状部件，本实施方式的支承装置2能够从工件的曲面侧支承具有曲面的工件。工件在实施了各种加工后，最终成为各种产品的部件。所制造的部件例如是飞机中的尾翼等飞机部件等的具有曲面的蒙皮。需要说明的是，工件不限于板状部件，也可以是具有其他形状的部件。

在支承装置2中，在垂直方向上设有能够伸缩的多个杆4，通过在杆4的上端部设置的自如调节角度的真空垫5对工件进行保持。支承装置2通过改变杆4的伸缩长度、真空垫5的设置方向，能够通过一台支承装置2来支承曲率不同的多种工件。

支承装置2具有多个杆4、真空垫5、伸缩锁止机构6、转动锁止机构7、旋转工作台8等。

杆4设置于旋转工作台8的上表面，是能够在轴向上伸缩的筒状部件。多个杆4例如在长方形的区域内等间隔地配置。杆4通过将直径不同的多个筒状部件呈嵌套状组合而具有能够伸缩的结构。

在杆4设有伸缩锁止机构6，伸缩锁止机构6对杆4的轴向伸缩位置进行保持。伸缩锁止机构6具有能够对在轴向上能够伸缩的部件的伸缩位置、即伸缩的长度进行固定的结构即可，能够适用通常使用的技术。如图2和图3所示，伸缩锁止机构6例如能够通过活塞机构9和楔部件10对杆4的位置进行固定。

活塞机构9具有缸体11、活塞12等。在缸体11内收纳有活塞12和楔部件10。缸体11设置为沿着杆4的轴向包围杆4的周向。活塞12能够在缸体11内沿着杆4的轴向移动。活塞12例如通过空气压、液压或电磁力移动。在图3所示的例子中，活塞12通过向由活塞环13和缸体11封闭的缸体11的下方空间供给空气或油、施加电磁力而向上方移动。并且，活塞12通过从下方的空间排出空气或油、解除所施加的电磁力而向下方移动。

楔部件10配置在杆4的外周面与活塞12的内周面之间。楔部件10可以在杆4的周向上配置多个。在图2所示的例子中，四个楔部件10在杆4的周向上等间隔地配置。楔部件10以厚度薄的一端侧位于下方，厚度厚的另一端侧位于上方的方式设置，在活塞12的内周面形成有与楔部件10的倾斜形状对应的槽。

在伸缩锁止机构6中，在活塞12位于下方时，楔部件10的另一端侧相对于缸体11的顶面是自由的，杆4不被楔部件10约束而能够沿着轴向移动。相反，在活塞12位于上方时，楔部件10的一端侧被活塞12按压，楔部件10的另一端侧与缸体11的顶面抵接而位置固定。此时，各楔部件10被活塞12向杆4的中心方向按压，杆4难以相对于楔部件10滑动，杆4的轴向的移动被约束。由此，伸缩锁止机构6能够保持杆4的伸缩位置。

真空垫5在杆4的上端部转动可动地设置。真空垫5具有吸盘状的真空杯14、负压管15、球面轴承16等。负压管15与真空泵(未图示)连接，在驱动真空泵时，对在真空杯14上载置的工件之间的空间赋予负压。球面轴承16与真空杯14连接，将真空杯14能够转动地保持。

在真空垫5设有转动锁止机构7，转动锁止机构7对真空垫5的转动方向进行保持。转动锁止机构7具有能够对能够转动的部件的转动方向进行固定的结构即可，能够适用通常使用的技术。转动锁止机构7分别如图4～图6所示，例如通过活塞机构18对球面轴承16的转动方向进行固定。

在图4和图5所示的例子中，活塞机构18具有缸体19、在缸体19内收纳的活塞20等。缸体19设置在杆4的前端，活塞20能够在缸体19内沿着杆4的轴向移动。活塞20例如通过空气压、液压或电磁力移动。

在图4所示的例子中，活塞20通过向由活塞环21和缸体19封闭的缸体19的下方的空间供给空气或油、施加电磁力而向上方向移动。并且，活塞20通过从下方的空间排出空气或油、解除所施加的电磁力而向下方向移动。

与真空杯14连接的球面轴承16设置在能够被活塞20的上表面和缸体19的上表面夹在中间的位置。在缸体19的上表面形成有使真空杯14与球面轴承16的连接部分22能够贯穿的开口部23。

转动锁止机构7在活塞20位于下方时，球面轴承16相对于缸体19的上表面是自由的，因此球面轴承16不被活塞20和缸体19约束，真空杯14和球面轴承16能够转动。相反，在活塞20位于上方时，球面轴承16被活塞20和缸体19约束。由此，转动锁止机构7能够对真空垫5的转动方向进行保持。

另一方面，在图5所示的例子中，与图4所示的例子不同，活塞20通过向由活塞环21和缸体19封闭的缸体19的上方的空间供给空气或油、施加电磁力而向下方移动。并且，活塞20通过从上方的空间排出空气或油、解除所施加的电磁力而向上方移动。

与真空杯14连接的球面轴承16配置在能够被活塞20的下表面和缸体19的下表面夹在中间的位置。在缸体19的上表面和活塞20上形成有使真空杯14与球面轴承16的连接部分22能够贯穿的开口部23,24。

在转动锁止机构7中，在活塞20位于上方时，球面轴承16相对于缸体19的下表面是自由的，球面轴承16不被活塞20和缸体19约束，真空杯14和球面轴承16能够转动。相反，在活塞20位于下方时，球面轴承16被活塞20和缸体19约束。由此，转动锁止机构7能够对真空垫5的转动方向进行保持。

并且，在图6所示的例子中，如图4和图5所示的例子那样，缸体19不设置在杆4的延长线上，活塞机构25收纳于在杆4的上端部形成的空间。活塞机构25具有缸体26、在缸体26内收纳的活塞(未图示)、设置于活塞的活塞杆27等。活塞例如通过空气压、液压或电磁力而移动。

与真空杯14连接的球面轴承16配置在能够被活塞杆27的上表面和杆4的上表面夹在中间的位置。在杆4的上表面形成有使真空杯14与球面轴承16的连接部分22能够贯穿的开口部28。

在转动锁止机构7中，在活塞杆27位于下方时，球面轴承16相对于杆4的上表面是自由的，球面轴承16不被活塞杆27和杆4约束，真空杯14和球面轴承16能够转动。相反，在活塞杆27位于上方时，球面轴承16被活塞杆27和杆4约束。由此，转动锁止机构7对真空垫5的转动方向进行保持。

旋转工作台8在上表面设有多个杆4，能够绕与铅直方向平行的旋转轴旋转。通过旋转工作台8的旋转，对于多个杆4、在多个杆4上支承的工件来说，能够改变相对于机器人3的方向。由此，能够将杆4、工件的被加工区域移动到机器人3的臂31、手32容易可动的位置，能够顺畅且精度良好地进行机器人3的作业。

需要说明的是，支承装置2和机器人3可以如图1所示地载置于共同的台部29。

机器人3具有本体30、臂31以及手32等。机器人3例如是能够六轴控制的工业用机器人，是位置调节装置的一个例子。需要说明的是，本发明的位置调节装置不限于能够六轴控制的工业用机器人，也可以是能够仅对低于六轴进行控制的工业用机器人或者具有主轴头的正交轴工作机械等。

机器人3的控制方法能够适用通常使用的技术，以下，对与本实施方式的工件支承方法相关的构成和动作进行说明。

机器人3的手32能够对杆4或真空垫5进行保持。例如，手32可以通过卡盘机构来把持杆4或真空垫5从而对杆4和真空垫5进行保持。或者，可以在手32上设置板材33，通过真空垫5对板材33进行吸引，使手32和板材33对杆4和真空垫5进行保持。

需要说明的是，手32不仅可以具有用于对杆4或真空垫5进行保持的结构(卡盘机构、板材33等)，也可以同时设置对工件进行加工的刀具34(切削刀具、穿孔刀具等)。

机器人3进行手32的位置控制。机器人3在手32对杆4或真空垫5进行保持的状态下，基于预先记录于存储器等记录装置的工件的形状数据使手32移动而使杆4伸缩。即，通过手32使杆4伸缩，以使得真空垫5位于在通过支承装置2对工件进行支承时，相当于工件的下表面的位置。更具体地说，基于被真空垫5支承时工件的各部位的坐标位置，对各杆4的伸缩长度进行调节。

被杆4支承的工件的各部位的坐标位置与杆4的坐标位置相对应地决定。并且，对工件进行支承时的杆4的伸缩长度基于工件的形状数据决定。需要说明的是，手32进行的杆4的伸缩动作可以根据与工件的形状相关的设计数据进行计算来决定，也可以通过将臂31和手32移动到被杆4实际支承的工件的事先的测试来决定。

通过机器人3而伸缩的杆4被伸缩锁止机构6保持在伸缩位置。由此，能够解除手32对杆4的保持，从而能够对另一杆4的伸缩长度进行调节。

机器人3在手32对真空垫5进行保持的状态下，基于预先记录于存储器等记录装置的工件的形状数据使手32移动而使真空垫5转动。即，在通过支承装置2对工件进行支承时，通过手32使真空垫5转动以使得真空垫5的转动方向与工件的下表面的倾斜方向一致。更具体地说，基于被真空垫5支承时的工件的各部位的倾斜方向，对各真空垫5的转动方向进行调节。

对工件进行支承时的真空垫5的倾斜方向基于工件的形状数据来决定。需要说明的是，由手32进行的真空垫5的转动动作可以根据与工件的形状相关的设计数据进行计算来决定，也可以通过将臂31和手32移动到被杆4实际支承的工件的事先的测试来决定。

通过转动锁止机构7对通过机器人3而转动的真空垫5的转动方向进行保持。由此，能够解除手32对真空垫5的保持，能够通过手32对另一真空垫5的转动方向进行调节。

需要说明的是，在手32上设置板材33而使真空垫5吸引板材33的情况下，杆4的伸缩长度的调节和真空垫5的转动方向的调节能够大致同时地进行，与分别进行调节的情况相比，能够实现作业时间的缩短。

接着，参照图7A～图7F对本实施方式的工件支承加工***1的动作方法进行说明。

首先，相对于所有的杆4和真空垫5，解除伸缩锁止机构6和转动锁止机构7进行的锁止(图7A)。而且，如图7B所示，机器人3的手32对真空垫5进行保持，基于工件的形状数据使手32移动而使杆4移动。此时，通过手32使杆4伸缩，以使得真空垫5位于相当于工件的下表面的位置。然后，通过伸缩锁止机构6来保持通过机器人3而伸缩的杆4的伸缩位置。

并且，如图7C所示，在机器人3的手32对真空垫5进行保持的状态下，基于工件的形状数据使手32移动，使真空垫5转动。此时，通过手32使真空垫5转动，以使得真空垫5的转动方向与工件的下表面的倾斜方向一致。然后，通过转动锁止机构7来保持通过机器人3而转动的真空垫5的转动方向。

相对于各杆4和真空垫5反复进行使用图7B和图7C说明的动作，如图7D所示，杆4的伸缩长度和真空垫5的转动方向与所要支承的工件的形状一致。而且，使真空泵工作而处于能够通过真空垫5进行工件的真空吸引的状态，如图7E所示，在真空垫5上设置工件40。然后，在固定有工件40的状态下，如图7F所示，使用机器人3对工件40实施切削加工等。

以上，根据本实施方式，在各杆4中，不设置伺服电机、放大器、线性标尺等驱动部和导轨、滚珠丝杠等传递机构，能够通过机器人3对支承装置2的杆4的伸缩长度和真空垫5的转动方向进行调节。并且，机器人3在准备工序中，不仅改变支承装置2的杆4的伸缩位置、真空垫5的转动方向，也能够相对于在支承装置2上支承的工件实施加工。

由此，能够不针对各杆4设置传递驱动装置和驱动力的传递机构而通过简单的结构使杆4伸缩、使真空垫5转动。并且，能够根据工件的形状数据将杆4保持在规定的伸缩位置或将真空垫5保持在规定的转动方向。

杆4的伸缩长度和真空垫5的转动方向的调节不依赖于针对各个杆4专门设置的驱动装置和传递机构，由于使用机器人3，因此能够不使用特殊的程序而利用机器人3的程序实施。并且，用于对杆4的伸缩长度和真空垫5的转动方向进行调节的机器人3的动作也变得简单，因此作业者能够以以往进行的工件向支承装置2的载置工序相同的感觉进行作业。

如上所述，根据本实施方式，支承装置2成为简单的结构，因此能够抑制成本，并且能够降低故障的风险。另外，与在各杆上连接伺服电机和放大器的情况不同，由于不需要用于连接伺服电机和放大器的线缆，对杆4进行支承的旋转工作台8的拆装和旋转动作变得容易。

并且，由于具备对真空垫5的转动方向进行锁止的转动锁止机构7，与没有转动锁止机构7的情况相比，能够将真空垫5的转动方向设定为准确的角度，并且真空垫5能够牢固地支承工件。在没有转动锁止机构7的情况下，需要使真空垫5的转动方向追随工件的形状而费力。并且，不能将真空垫5的转动方向相对于工件面垂直地固定。与此相对，根据本实施方式，机器人3对真空垫5的转动方向进行调节，并且转动锁止机构7能够对转动方向进行保持，能够减少作业所需的时间和劳力。另外，在本实施方式中，能够基于形状数据在转动方向上设定真空垫5，因此能够将真空垫5的转动方向相对于工件面垂直地固定。因此，即使在载置前工件发生了变形的情况下，通过实施真空吸引，能够矫正为正确的形状，使加工精度提高。

附图标记说明

1：工件支承·加工***；

2：工件支承装置(支承装置)；

3：机器人；

4：杆；

5：真空垫；

6：伸缩锁止机构；

7：转动锁止机构；

8：旋转工作台；

9：活塞机构；

10：楔部件；

11：缸体；

12：活塞；

13：活塞环；

14：真空杯；

15：负压管；

16：球面轴承；

18：活塞机构；

19：缸体；

20：活塞；

21：活塞环；

22：连接部分；

23：开口部；

24：开口部；

25：活塞机构；

26：缸体；

27：活塞杆；

28：开口部；

29：台部；

30：本体；

31：臂；

32：手；

33：板材；

34：刀具。

Claims (4)

1.一种工件支承***，其特征在于，具备：

多个杆，其能够在轴向上伸缩；

保持部，其能够转动地设置在所述杆的上端部，对工件进行保持；

第一锁止部，其对所述杆的轴向的伸缩位置进行保持；

第二锁止部，其对所述保持部的转动方向进行保持；

位置调节装置，其具有能够保持所述杆或所述保持部的手部，进行所述手部的位置控制；

所述位置调节装置在所述手部通过卡盘机构对所述杆进行保持的状态或安装于所述手部的板材被作为所述保持部的真空垫吸引的状态下，基于预先记录的所述工件的形状数据使所述手部移动而使所述杆伸缩并且使所述保持部转动，

所述第一锁止部对通过所述位置调节装置而伸缩的所述杆的所述伸缩位置进行保持，

所述第二锁止部对通过所述位置调节装置而转动的所述保持部的所述转动方向进行保持。

2.根据权利要求1所述的工件支承***，

进一步具备在上表面设有所述多个杆，并且能够绕与铅直方向平行的旋转轴旋转的工作台部。

3.根据权利要求1或2所述的工件支承***，

所述保持部具有对所保持的所述工件进行真空吸引的吸引部。

4.一种工件支承方法，其特征在于，使用以下工件支承***，该工件支承***具备：

多个杆，其能够在轴向上伸缩；

保持部，其能够转动地设置在所述杆的上端部，对工件进行保持；

第一锁止部，其对所述杆的轴向的伸缩位置进行保持；

第二锁止部，其对所述保持部的转动方向进行保持；

位置调节装置，其具有能够保持所述杆或所述保持部的手部，进行所述手部的位置控制；

该工件支承方法具备：

在所述位置调节装置的所述手部通过卡盘机构对所述杆进行保持的状态或安装于所述手部的板材被作为所述保持部的真空垫吸引的状态下，基于预先记录的所述工件的形状数据使所述手部移动而使所述杆伸缩并且使所述保持部转动的步骤；

所述第一锁止部对通过所述位置调节装置而伸缩的所述杆的所述伸缩位置进行保持，所述第二锁止部对通过所述位置调节装置而转动的所述保持部的所述转动方向进行保持的步骤。

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