JP5610901B2 - 計測機能付きチャック装置及びロボットチャック装置 - Google Patents
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Description
この本発明者によって提案された技術は、本発明に係る計測機能付きチャック装置において基本となるものであり、比較対照すべき装置例として添付図面(図1〜3)に基づいて以下に説明する。
図1に示す計測機能付きチャック装置は、一個のセンサー部10が配設されたものであり、静電容量の変化を検出して変位を計測するための基本構成を備えている。
これに対して、測定範囲を広げるためには、例えば、静電容量が変化するサイクルをカウントする手段を設ければよい。これによれば、絶対値測定が可能な計測装置を構成することもできる。なお、この場合、図4に示すように櫛歯の数の少ない一方の電極11を、二つ位相をずらした状態で並べて固定し、その二つの一方の電極11(検出電極A、B)に対して櫛歯数を多く有する長い他方の電極12をスライド移動させる形態にすることができる。検出電極Aの波形がピークのときは、検出電極Bの測定が最も安定する場所にあり、両者の出力の測定不能箇所を相互に補償することができる。
本形態例で使用されている容量検出素子40は、静電容量を検出してデジタル信号を出力するLSI素子であり、容量検出回路が極めてコンパクトに収納された素子である。
この容量検出素子40は、例えば4mm角程度の小部品であり、狭いスペースに適切に搭載可能であると共に、安価に提供される部品である。しかも、極めて高い検出精度を実現でき、その精度は従来の差動トランスと比較しても遜色がない。
これによれば、ストッパ部22とチャック用可動爪部材30とによってワークの外側から当接する場合は、そのワークを挟持して保持すると共にその外形について計測することができる。また、ストッパ部22とチャック用可動爪部材30とによってワークの内側から当接する場合は、そのワーク保持すると共にその内形について計測することができる。
そこで本発明の目的は、計測機構が小型軽量で且つ適切に収容され、ワークにかかるチャック圧に偏りが生じるような場合でも、測定圧を一定にして計測精度をより向上できる計測機能付きチャック装置及びロボットチャック装置を提供することにある。
また、本発明にかかる計測機能付きチャック装置の一形態によれば、前記容量検出素子が、複数の前記センサー部から可及的に等距離の位置であって、複数の前記センサー部及び複数の前記チャック用可動爪部材で囲まれた内側の位置に配されていることを特徴とすることができる。
また、本発明にかかる計測機能付きチャック装置の一形態によれば、前記一方の電極及び前記他方の電極から構成される前記センサー部がカバー部材によって内包され、該カバー部材の内部の空気圧を陽圧状態に維持するように、清浄な圧縮空気を供給する圧縮空気供給源が前記カバー部材の内部に接続されていることを特徴とすることができる。
この対照例によれば、複数の一方の電極11が固定された装置の基部20と、その一方の電極11のそれぞれに対応して配され、他方の電極12が装着されて一体となって移動可能に設けられ、計測と同時に保持されるべきワークに複数の方向から当接してそのワークを保持できるように配された複数のチャック用可動爪部材30とを備える。
そして、そのチャック用可動爪部材30のそれぞれが前記ワークに係る保持中心の1点に対して接離動するように基部20上で移動可能に設けられている。つまり、3つのチャック用可動爪部材30が放射状に往復動できるように設けられている。図示された形態例では、3つのチャック用可動爪部材30によって、ワークの外側から当接して挟持する形態になっている。なお、チャック用可動爪部材30の形態は、これに限定されるものではなく、例えば筒状のワークの場合、内側から当接して保持できる形態とすればよい。
このように、容量検出素子40が、計測機能付きチャック装置の中央部に位置していることによって、各電極との配線を最短にすることが可能であり、配線の対称性を高めることができる。これによれば、ノイズが入りにくい配線形態になり、計測感度を高めることができる。
ジョー(チャック用可動爪部材30)が、GND(グランド)電極である他方の電極12に電気的に接続され、その他方の電極12が、容量検出素子40に接続されている。また、検出電極である一方の電極11は、基部20とは絶縁されてその基部20固定され、容量検出素子40に接続されている。このようにして、一方の電極11と他方の電極12によって構成された3組のセンサー部10のそれぞれが、容量検出素子40に接続されている。
なお、各チャック用可動爪部材30の駆動手段は、圧縮エア駆動式或いは電動式のアクチュエータなど、既存の技術を用いることができ、説明を省略する。
また、図9には、容量検出素子40と、一方の電極11、他方の電極12及び計測情報出力回路50(図6参照)との電気配線の具体例が示されている。41は容量検出素子40と一方の電極11を接続する配線、42は容量検出素子40と他方の電極12を接続する配線、43は容量検出素子40と装置の外部に配設された計測情報出力回路50(図6参照)を接続する配線である。なお、配線42は、他方の電極12のグランドが取られていれば、省略することもできる。
なお、両電極間が汚れないためには、例えば電極表面に厚さ数ミクロンのセラミック等の薄膜を形成し、この薄膜同士が接触した状態で電極同士が相対的に移動する機構とし、その両電極から成るセンサー部をゴムのような伸縮材料でシールする構造とすることができる。このような構造を採用すれば、上記形態例のようなエアパージを用いなくともよい。
また、図6に示すように、容量検出素子40は計測情報出力回路50に接続され、計測情報出力回路50は工作機械55の制御手段や表示手段に接続されている。
例えば、図11に示すように、rはワークの半径、c1は第1のチャック用可動爪部材30aの爪先端がワーク60に接触している点とチャック中心との距離、c2は第2のチャック用可動爪部材30bの爪先端がワーク60に接触している点とチャック中心との距離、c3は第3のチャック用可動爪部材30cの爪先端がワーク60に接触している点とチャック中心との距離であって、各チャック用可動爪部材30は120度間隔で配され、チャックは幾何学的に完全と仮定する。このように設定した際の、ワーク中心座標及びワーク半径rの数式を以下に示す。
図12に、ワーク60の直径が20〜100mmでの場合で、ワーク中心のずれ(mm)と、誤差(μm)との関係を示す。例えば、ワーク60の直径が40mmの場合で、ワーク中心のずれが0.2mmのとき、誤差が0.5μmとなる。
先ず、チャック用可動爪部材30によってワーク外径を把持することで、変位センサー(電極)の面積変化が生じる。これにより、センサー部10の静電容量変化が生じて、容量検出素子40によって計測信号化がなされ、そのデータが計測情報出力回路50へ送られる。次に、計測情報出力回路50によって変位換算がなされ、外径寸法が算出される。そして、その計測情報出力回路50から判定信号出力がなされ、その出力によって最終的に計測結果が表示され、或いは判定出力による動作移行などの装置制御がなされる。
本形態例の計測機能付きチャック装置によれば、外径ゲージ(マスターワーク)によって校正作業を行う。このチャック装置は、そのマスターワークとの関係で相対的な寸法の計測を行う装置システムになっている。マスターワークを使った校正によって、計測精度を確認すると共に計測する範囲が設定される。このようにして設定された計測条件と、ワークを計測した際のデータを相対比較することによって、外径寸法が算出され、ワークが基準となる範囲に入っている場合は、自動処理によってワークが次の工程に送られるように運転がなされる。
なお、マスターゲージはマイクロメータ測定等で管理がなされる。また、比較測定によってワークが基準となる範囲から外れている場合は、機外へ搬出後、人為的処理がなされる。
この形態例では、図15に示すように、センサー部10Aが、両極の重なり合う面積を円形の内周面13と円形の外周面14によって可変できるように、一方の電極11Aが円形の穴状に設けられ、他方の電極12Aが円柱状に設けられている丸型である。
このセンサー部10Aは、一方の電極11Aに対し、他方の電極12Aが、所要の間隔を保ちつつスライド可能に配されることによって両電極11A、12Aの重なり合う面積を可変できるように設けられている。前述したフラットなセンサー部10の場合の平面同士関係とは異なり、円形帯状の内周面12と円形帯状の外周面14との間で、その周面同士が所要の間隔で対峙しつつスライドできるように設けられている。
なお、図15〜17の対照例では、円筒内側面に相当する内周面13と、円筒外側面に相当する外周面14とが、一対一に単純に形成されたものを示しているが、これに限定されるものではない。図2に示した形態と同様に、櫛歯状となるように、内周面13と外周面14のそれぞれに軸長方向に等間隔に円周溝を設けてもよい。
ジョー(チャック用可動爪部材30)が、GND(グランド)電極である他方の電極12Aに電気的に接続され、その他方の電極12Aが、容量検出素子40に接続されている。また、検出電極である一方の電極11Aは、基部20とは絶縁されてその基部20固定され、容量検出素子40に接続されている。このようにして、一方の電極11Aと他方の電極12Aによって構成された3組のセンサー部10Aのそれぞれが、容量検出素子40に接続されている。この構成によっても、図6に示したフラット型のセンサー部10を有する装置と基本的に同様の機能を有する。
フラット型のセンサー部10では、一方の平面(電極面)と他方の平面(電極面)とを等間隔に維持した状態で相対的にスライドする形態であって、繰返し往復運動することで一方の電極面に対して他方の電極面が傾斜してテーパ状になる口開き現象が生じやすい。これに対して、丸型のセンサー部10Aは、全周に渡って均等化するため、口開き現象は基本的に生じない。これによれば、測定条件を安定的に維持でき、測定精度を高めることができる。
また、丸型のセンサー部10Aは、電極面が円周面になっているため、コンパクトに形成できると共にその形態的性質から塵埃の侵入を防止できる形状となっている。さらに、他方の電極12Aは、円柱状であるから、その円柱状の先端部や後端部においてそのスライド動作を案内するための軸受を設置し易い。その案内用の軸受によれば、スライド動作の精度を向上できると共に、シール性を向上して塵埃の侵入を防止できる。このため、測定条件を安定的に維持でき、測定精度を高めることができる。
また、丸物の部品で構成できるため、加工性や組み込み性を向上でき、精度の高いものを低コストで製造することができる利点もある。
10Aはセンサー部であり、一方の電極11Aに対し、他方の電極12Aが、所要の間隔を保ちつつスライド可能に配されることによって両電極11A、12Aの重なり合う面積を可変できるように設けられている。本形態例では、図15〜17の対照例で示したような丸型のセンサー部10Aになっており、一対が配されている。
また、20は装置の基部であり、複数(本形態例では一対)の一方の電極11A、11Aが、絶縁材21を介して固定されている。25はカバー部材であり、側壁部25bと共に、センサー部10Aを覆って保護するように設けられている
このチャック用可動爪部材30Aは、カム板80及びカムフォロアー81によって構成されるカム機構によって往復動ができるように設けられている。なお、チャック用可動爪部材30Aの駆動手段は、本形態例のようなカム機構の他に、圧縮エア駆動式或いは電動式のアクチュエータなど、既存の技術を用いることができる。
計測用接触部37が設けられた柱状部は、案内用軸受38aによって軸方向に移動可能にガイドされている。また、他方の電極12Aが設けられた柱状部は、その先端部が案内用軸受38bによって、その根元部が案内用軸受38cによって軸方向に移動可能にガイドされている。このように、ガイドされているため、両電極11A、12A間の隙間を一定に保持でき、測定精度を向上できる。
また、本形態例では、チャック用可動爪部材30AにV字状溝型のワーク把持部33Aが設けられ、そのワーク把持部33AのV字状溝型の溝底部において計測用接触部37が進退可能に配されている。
これに対して、対照例のように把持機能と計測機能を一緒にした形態では、僅かな芯ズレであっても、チャック圧のバラツキになり易く、計測精度をより向上することが難しい場合がある。
また、チャック把持機能と計測機能を分離するため、チャック用可動爪部材30Aの剛性を必要以上に高める必要がなくなり、装置の小型軽量化に一層寄与できる。
すなわち、この発明を用いた計測機能付きロボットチャックによれば、加工機械での加工直後にローダーチャック又はハンドで把持して搬送する際、又は組立工程の組立部品をローダーチャック又はハンドで把持して送る際において、把持と同時に計測ができるため、効率的な選別又は補正が可能になる。
10A センサー部
11 一方の電極
11A 一方の電極
12 他方の電極
12A 他方の電極
13 内周面
14 外周面
15 櫛歯
20 基部
21 絶縁材
22 ストッパ部
25 カバー部材
25a 内部
30 チャック用可動爪部材
30A チャック用可動爪部材
33A ワーク把持部
36 計測用可動部材
36a 基体
37 計測用接触部
39 付勢部材
40 容量検出素子
50 計測情報出力回路
60 ワーク
70 パージ用継手
71 圧縮空気供給源
100 計測機能付きチャック装置
200 工作機械用ローダーハンド
300 多関節ロボットハンド
Claims (8)
- 一方の電極に対し、他方の電極が、所要の間隔を保ちつつスライド可能に配されることによって両電極の重なり合う面積を可変できるように設けられた複数のセンサー部と、
前記両電極に関する静電容量を検出する容量検出素子と、
該容量検出素子によって得られた信号に基づいて前記一方の電極に対する前記他方の電極の変位に関する計測情報を出力する計測情報出力回路と、
複数の前記一方の電極が固定された装置の基部と、
前記一方の電極のそれぞれに対応して配され、前記ワークに複数の方向から当接して該ワークを保持できるように移動可能に配された複数のチャック用可動爪部材と、
該複数のチャック用可動爪部材のそれぞれに乗った状態で前記ワークに複数の方向から当接して計測できるように、前記チャック用可動爪部材のそれぞれにおいて付勢部材によって前記ワークへの当接方向へ付勢されると共に該付勢部材の付勢力に抗して後退可能に配されたワークへの計測用接触部を備え、且つ前記他方の電極が装着されて一体となって前記ワークに対して接離動可能に設けられた複数の計測用可動部材とを具備することを特徴とする計測機能付きチャック装置。 - 前記チャック用可動爪部材にV字状溝型のワーク把持部が設けられ、該ワーク把持部のV字状溝型の溝底部において前記計測用接触部が進退可能に配されていることを特徴とする請求項1記載の計測機能付きチャック装置。
- 前記センサー部が、両極の重なり合う面積を円形の内周面と円形の外周面によって可変できるように、前記一方の電極が円形の穴状に設けられ、前記他方の電極が円柱状に設けられている丸型であることを特徴とする請求項1又は2記載の計測機能付きチャック装置。
- 前記一方の電極及び前記他方の電極から構成される前記センサー部、該センサー部に対応して設けられた前記チャック用可動爪部材、及び前記計測用可動部材が3箇所に配され、該チャック用可動爪部材及び前記計測用可動部材のそれぞれが前記ワークに係る保持中心の1点に対して接離動するように移動可能に設けられていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の計測機能付きチャック装置。
- 前記容量検出素子が、複数の前記センサー部から可及的に等距離の位置であって、複数の前記センサー部及び複数の前記チャック用可動爪部材で囲まれた内側の位置に配されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の計測機能付きチャック装置。
- 前記一方の電極と前記他方の電極とが対向するそれぞれの対峙面が櫛歯状に形成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の計測機能付きチャック装置。
- 前記一方の電極及び前記他方の電極から構成される前記センサー部がカバー部材によって内包され、該カバー部材の内部の空気圧を陽圧状態に維持するように、清浄な圧縮空気を供給する圧縮空気供給源が前記カバー部材の内部に接続されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の計測機能付きチャック装置。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の計測機能付きチャック装置を、ロボットのワーク把持ヘッドとして搭載したことを特徴とするロボットチャック装置。
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