JP6136337B2 - Attitude detection control apparatus, polishing apparatus, and attitude detection control method - Google Patents
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Description
本発明は、可動対象である可動体の接触対象面に対する姿勢を検知する姿勢検知制御装置、研磨装置、および、姿勢検知制御方法に関する。 The present invention relates to a posture detection control device, a polishing device, and a posture detection control method for detecting a posture of a movable body that is a movable target with respect to a contact target surface.
近年、産業用ロボットを利用した製造工程などの自動化が進んでいる。産業用ロボットは、力覚センサなどの検出値に応じてアーム（マニピュレータ）の動作を自動制御して、部材の組立や加工を行う。例えば、特許文献１に記載の構成の場合、アームに作用する力とトルクを検出する力覚センサが設けられている。 In recent years, automation of manufacturing processes using industrial robots has progressed. An industrial robot automatically controls the operation of an arm (manipulator) according to a detection value of a force sensor or the like to assemble and process members. For example, in the case of the configuration described in Patent Document 1, a force sensor that detects force and torque acting on the arm is provided.
例えば、アームに砥石などを取り付け、アームを可動させて砥石の接触面をワークの接触対象面に接触させて研磨する場合、砥石の接触面がワークの接触対象面に片当たりしないような制御が必要となる。従来、力覚センサが、３軸それぞれに対する力とトルクを検出できる６軸力センサの場合において、検出したセンサ位置におけるトルクを、ツールセンタポイントを中心とした回転方向のトルクに変換していた。そして、砥石の接触面とワークの接触対象面が片当たりせずに接触するとき、変換後のトルクが大凡０となることから、変換後のトルクが０となるように砥石の姿勢を制御することで、片当たりの検出、防止を図っていた。 For example, when a grindstone or the like is attached to the arm and the arm is moved and the contact surface of the grindstone is brought into contact with the contact target surface of the workpiece for polishing, the control is performed so that the contact surface of the grindstone does not hit the contact target surface of the workpiece Necessary. Conventionally, in the case where the force sensor is a six-axis force sensor that can detect force and torque for each of the three axes, the detected torque at the sensor position is converted into torque in the rotational direction centered on the tool center point. When the contact surface of the grindstone and the contact target surface of the workpiece come into contact with each other without contacting each other, the converted torque becomes approximately 0, so the posture of the grindstone is controlled so that the converted torque becomes 0. In this way, detection and prevention per piece were attempted.
上記のように、砥石をワークに接触させるなど、アームで可動体を可動させて接触対象面に接触させるロボットに関し、片当たり防止などのための姿勢制御に力覚センサを用いた処理が行われる場合がある。この場合、検出したセンサ位置における力とトルクを、センサ座標系から、ツールセンタポイント（可動体の位置）を原点とする座標系に変換する変換処理が行われる。しかし、トルクの変換処理は、ツールセンタポイントが力覚センサから離れているほど、精度が低下してしまう。そのため、ツールセンタポイントと力覚センサを近づけるように、可動体と力覚センサを近くに配置にする必要があり、力覚センサの干渉により、加工できるワーク形状が限定されてしまう。 As described above, with respect to a robot that moves a movable body with an arm and makes contact with a surface to be contacted, such as bringing a grindstone into contact with a workpiece, processing using a force sensor is performed for posture control for preventing one-sided contact, etc. There is a case. In this case, conversion processing is performed for converting the detected force and torque at the sensor position from the sensor coordinate system to a coordinate system having the tool center point (position of the movable body) as the origin. However, the accuracy of the torque conversion process decreases as the tool center point is further away from the force sensor. Therefore, it is necessary to arrange the movable body and the force sensor close to each other so that the tool center point and the force sensor are close to each other, and the work shape that can be processed is limited due to the interference of the force sensor.
一方、可動体におけるワークとの接触面の面積が小さいほど、ワークの接触対象面に対する可動体の接触面の傾きによって生じるトルクの絶対値が小さくなってしまう。そのため、トルクの変換処理の誤差の影響が大きくなり、トルクに基づいた片当たりの抑制が困難となる。また、これを回避するために、接触面の大きな可動体を用いなければならないなど、利用可能な可動体の形状が制約されてしまう。 On the other hand, the smaller the area of the contact surface of the movable body with the workpiece, the smaller the absolute value of the torque generated by the inclination of the contact surface of the movable body with respect to the contact surface of the workpiece. Therefore, the influence of the error in the torque conversion process becomes large, and it is difficult to suppress contact per piece based on the torque. Moreover, in order to avoid this, the shape of the movable body which can be utilized will be restrict | limited, such as having to use the movable body with a large contact surface.
本発明は、このような課題に鑑み、可動体の接触面について、ワークの接触対象面に対する姿勢を高精度に検知することで、利用可能なワーク形状や可動体の形状の制約を減らすことが可能な姿勢検知制御装置、研磨装置、および、姿勢検知制御方法を提供することを目的としている。 In view of such a problem, the present invention reduces the restrictions on the usable workpiece shape and the shape of the movable body by detecting the posture of the movable body with respect to the contact target surface with high accuracy. It is an object of the present invention to provide a possible attitude detection control device, polishing apparatus, and attitude detection control method.
上記課題を解決するために、本発明の姿勢検知制御装置は、接触面を有する可動体を可動して、該接触面を接触対象面に接触させる可動制御部と、前記可動体が前記接触対象面から受ける反力の大きさを示す出力値を出力する力検知出力部と、を備え、前記可動制御部は、前記接触面を前記接触対象面に対向させた基準姿勢から、予め設定された揺動点を中心に、前記可動体を第１の揺動方向、および、該第１の揺動方向と逆方向となる第２の揺動方向に揺動させて、該接触面を該接触対象面に接触させ、前記可動体を前記第１の揺動方向に揺動した際に前記力検知出力部によって出力される第１の出力値と、該可動体を前記第２の揺動方向に揺動した際に該力検知出力部によって出力される第２の出力値とを比較し、該第１の出力値の方が該第２の出力値よりも小さい場合、該可動体の前記基準姿勢を該第１の揺動方向に補正し、該第２の出力値の方が該第１の出力値よりも小さい場合、該可動体の該基準姿勢を該第２の揺動方向に補正して、前記接触面と前記接触対象面を平行に近づけることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, an attitude detection control device according to the present invention includes a movable control unit configured to move a movable body having a contact surface and bring the contact surface into contact with the contact target surface, and the movable body is the contact target. A force detection output unit that outputs an output value indicating the magnitude of the reaction force received from the surface, and the movable control unit is set in advance from a reference posture in which the contact surface is opposed to the contact target surface. around the pivot point, the first oscillating direction the movable body, and is swung in the second swinging direction as the swinging direction opposite to the direction of said 1 wherein contacting the contact surface A first output value output by the force detection output unit when the movable body is brought into contact with the target surface and the movable body is swung in the first swing direction, and the movable body is moved in the second swing direction. When compared with the second output value output by the force detection output unit, and the first output value is When the output value is smaller than the second output value, the reference posture of the movable body is corrected in the first swing direction, and when the second output value is smaller than the first output value, The reference posture of the movable body is corrected in the second swinging direction, and the contact surface and the contact target surface are brought close to each other in parallel .
前記揺動点は、前記第１の揺動方向に揺動した際に前記接触対象面と接触する部位、および、前記第２の揺動方向に揺動した際に該接触対象面と接触する部位それぞれと等距離となる位置に設けられてもよい。 The swing point contacts the contact target surface when swinging in the first swing direction, and contacts the contact target surface when swinging in the second swing direction. You may provide in the position equidistant with each site | part.
前記可動制御部は、前記可動体に対し、前記第１の揺動方向および前記第２の揺動方向への揺動と、前記基準姿勢の補正とを繰り返しながら、該可動体を前記接触対象面との近接方向へ移動させてもよい。 The movable control unit repeats the swinging in the first swinging direction and the second swinging direction and the correction of the reference posture with respect to the movable body, while moving the movable body to the contact target. It may be moved in the direction of proximity to the surface.
上記課題を解決するために、本発明の研磨装置は、接触面をワークに接触させて該ワークを研磨する研磨部材と、前記研磨部材を可動して、前記接触面を前記ワークの接触対象面に接触させる可動制御部と、前記研磨部材が前記接触対象面から受ける反力の大きさを示す出力値を出力する力検知出力部と、を備え、前記可動制御部は、前記接触面を前記接触対象面に対向させた基準姿勢から、予め設定された揺動点を中心に、前記研磨部材を第１の揺動方向に揺動した際に前記力検知出力部によって出力される第１の出力値と、該研磨部材を該第１の揺動方向と逆方向となる第２の揺動方向に揺動した際に該力検知出力部によって出力される第２の出力値とを比較し、該第１の出力値の方が該第２の出力値よりも小さい場合、該研磨部材の該基準姿勢を該第１の揺動方向に補正し、該第２の出力値の方が該第１の出力値よりも小さい場合、該研磨部材の該基準姿勢を該第２の揺動方向に補正して、前記接触面と前記接触対象面を平行に近づけることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a polishing apparatus according to the present invention includes a polishing member that contacts a workpiece with a contact surface to polish the workpiece, the polishing member is movable, and the contact surface is a surface to be contacted with the workpiece. And a force detection output unit that outputs an output value indicating a magnitude of a reaction force that the polishing member receives from the contact target surface. from the reference posture in which is opposed to a surface to be contacted, and around an oscillation point that is set in advance, the first output by said force detection output unit upon oscillating the polishing member to the first oscillating direction The output value is compared with the second output value output by the force detection output unit when the polishing member is swung in a second swinging direction opposite to the first swinging direction. If towards the first output value is smaller than the output value of the second, said of the polishing member Corrects the quasi posture swinging direction of the first, if direction of the second output value is smaller than the output value of the first, the reference posture of the polishing member in the swing direction of the second It correct | amends and the said contact surface and the said contact object surface are made close to parallel, It is characterized by the above-mentioned.
上記課題を解決するために、本発明の姿勢検知制御方法は、接触面を有する可動体を可動して、該接触面を接触対象面に対向させた基準姿勢から、予め設定された揺動点を中心に、該可動体を第１の揺動方向、および、該第１の揺動方向と逆方向となる第２の揺動方向に揺動させて、該接触面を該接触対象面に接触させ、前記可動体を前記第１の揺動方向に揺動した際、該可動体が前記接触対象面から受ける反力である第１反力の大きさと、該可動体を前記第２の揺動方向に揺動した際、該可動体が該接触対象面から受ける反力である第２反力の大きさとを比較し、該第１反力の大きさの方が該第２反力の大きさよりも小さい場合、該可動体の前記基準姿勢を該第１の揺動方向に補正し、該第２反力の大きさの方が該第１反力の大きさよりも小さい場合、該可動体の該基準姿勢を該第２の揺動方向に補正して、前記接触面と該接触対象面を平行に近づけることを特徴とする。
In order to solve the above-described problem, the posture detection control method of the present invention is configured such that a movable body having a contact surface is moved, and a preset swing point is set from a reference posture in which the contact surface is opposed to the contact target surface. The movable body is swung in a first rocking direction and a second rocking direction opposite to the first rocking direction with the contact surface as the contact target surface. contact is, when the pre-Symbol movable body swung in the first swinging direction, the a size of the first reaction force movable body is a reaction force received from the contacted surface, the movable body first 2, the magnitude of the second reaction force, which is the reaction force that the movable body receives from the contact target surface, is compared with the magnitude of the first reaction force . When the magnitude of the two reaction forces is smaller, the reference posture of the movable body is corrected in the first swinging direction, and the magnitude of the second reaction force is larger than the magnitude of the first reaction force . Also If again, by correcting the reference posture of the movable body in the swing direction of the second, characterized in that the closer parallel to said contact surface and said surface to be contacted.
本発明によれば、可動体の接触面について、ワークの接触対象面に対する姿勢を高精度に検知することで、利用可能なワーク形状や可動体の形状の制約を減らすことが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to reduce the restrictions of the workpiece | work shape which can be utilized, or the shape of a movable body by detecting the attitude | position with respect to the contact target surface of a workpiece | work with high precision about the contact surface of a movable body.
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等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、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、本明細書および図面において、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。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiments are merely examples for facilitating the understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted, and elements not directly related to the present invention are not illustrated. To do.
（研磨装置１）
図１は、研磨装置１の全体構成を示す説明図である。図１に示すように、研磨装置１は、ロボットアーム２（可動部）を備える。ロボットアーム２は、複数の関節部２ａを有し、関節部２ａで連結される節部２ｂが関節部２ａを回転中心として回転することが可能な構造となっている。電動部３（可動部）は、例えばモータで構成され、それぞれの関節部２ａに設けられ、アーム本体２ｃに接続された電源の電力によって、関節部２ａを中心に節部２ｂを回転させる動力を与える。
(Polishing device 1)
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the overall configuration of the polishing apparatus 1. As shown in FIG. 1, the polishing apparatus 1 includes a robot arm 2 (movable part). The
ロボットアーム２の先端にも、電動部３の一部を構成するモータ３ａが設けられている。また、モータ３ａのシャフト先端には保持部４が設けられている。保持部４は、モータ３ａによって回転可能に形成され、研磨部材５（可動体）を保持する。研磨部材５は、例えば、砥石などで形成され、研磨部材５の軸心がモータ３ａのシャフトの回転軸の延長上に位置するように保持部４に保持される。ここでは、研磨部材５の軸心がモータ３ａのシャフトの回転軸と同軸に配される場合について説明するが、研磨部材５とモータ３ａとの相対位置関係は特に限定されるものではない。
A
可動制御部７は、例えば、制御ＰＣ７ａ、および、コントローラ７ｂで構成される。制御ＰＣ７ａは、後述する力検知出力部８の出力値と、研磨部材５の目標軌道とに基づいて、力制御の制御演算を行い、例えば、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直交空間の座標における、後述する揺動点Ｏの位置および姿勢を示す動作指令情報をコントローラ７ｂに出力する。コントローラ７ｂは、制御ＰＣ７ａから出力された動作指令情報に基づいて軸ごとの動きを算出し、当該軸ごとの動きを実行すべく電動部３を制御する。ここでは、可動制御部７が制御ＰＣ７ａとコントローラ７ｂで構成される場合について説明するが、制御ＰＣ７ａを設けず、制御ＰＣ７ａの機能をコントローラ７ｂが備えてもよい。この場合、力検知出力部８の出力値はコントローラ７ｂに出力されることとなる。
The
そして、可動制御部７は、モータ３ａを回転させながら、上記ロボットアーム２の可動を制御し、チャック装置６に保持されたワークＷの接触対象面Ｗａに、研磨部材５の接触面５ａを押し当てた状態で、当該接触面５ａを接触対象面Ｗａに対して摺動させる。こうして、ワークＷが研磨される。
Then, the
力検知出力部８は、例えば、研磨部材５が、ワークＷの接触対象面Ｗａから受ける反力の大きさを示す出力値を、可動制御部７の制御ＰＣ７ａに出力する。制御ＰＣ７ａは、力検知出力部８からの出力値に応じ、可動部（電動部３）を制御することで、研磨部材５の姿勢制御を遂行する。
For example, the force detection output unit 8 outputs an output value indicating the magnitude of the reaction force that the polishing
具体的に、可動制御部７は、力検知出力部８からの出力値によって、研磨部材５の姿勢を検知し、検知した研磨部材５の姿勢に基づいて、研磨部材５の姿勢を制御する。以下、図２を用いて可動制御部７による研磨部材５の姿勢制御処理について詳述する。
Specifically, the
図２は、姿勢検知および姿勢制御の処理を説明するための第１の図であり、ワークＷに対する研磨部材５の姿勢を示す。
FIG. 2 is a first diagram for explaining the posture detection and posture control processing, and shows the posture of the polishing
可動制御部７は、図２（ａ）に示す、接触面５ａを接触対象面Ｗａに対向させた基準姿勢から、研磨部材５の内部に位置する揺動点Ｏ（ツールセンタポイント、参照点）を中心に、研磨部材５を揺動（回転）する。ここで、揺動点Ｏの位置は予め設定されており、可動制御部７（制御ＰＣ７ａ）によって計算される座標空間において把握されている。可動制御部７は、揺動点Ｏを中心として研磨部材５が揺動（回転）するように、電動部３によってロボットアーム２の動作を制御する。
The
また、可動制御部７は、研磨部材５の上記座標空間における姿勢を基準姿勢として設定する。基準姿勢は、後述する研磨部材５の揺動が行われる起点となる姿勢である。
Further, the
まず、図２（ｂ）に示すように、可動制御部７は、揺動点Ｏを中心に研磨部材５を第１の揺動方向（図２中、矢印ａで示す）に揺動する。このとき、力検知出力部８によって出力される出力値を第１の出力値とする。
First, as shown in FIG. 2B, the
続いて、可動制御部７は、図２（ｃ）に示すように、揺動点Ｏを中心に研磨部材５を、第１の揺動方向と逆方向となる第２の揺動方向（図２中、矢印ｂで示す）に揺動する。このとき、力検知出力部８によって出力される出力値を第２の出力値とする。
Subsequently, as shown in FIG. 2C, the
図２（ａ）に示すように、研磨部材５の揺動前の基準姿勢が、図２中下側の方がワークＷに近い場合、第２の出力値の方が第１の出力値よりも小さい。すなわち、第２の出力値の方が第１の出力値よりも小さい場合、図２（ａ）に示すような向きに、研磨部材５が傾斜した姿勢であることが検知されたこととなる。
As shown in FIG. 2A, when the reference posture of the polishing
この場合、可動制御部７は、図２（ｄ）に示すように、研磨部材５の基準姿勢を第２の揺動方向に補正する。なお、このときの補正量、すなわち、第２の揺動方向への回転量は、予め設定しておいてもよいし、後述するように、第１の出力値と第２の出力値との差分に応じて算出してもよい。
In this case, as shown in FIG. 2D, the
また、図２（ｅ）に示すように、研磨部材５の揺動前の基準姿勢が、図２中上側の方がワークＷに近い場合、第２の出力値の方が第１の出力値よりも大きい。すなわち、第１の出力値の方が第２の出力値よりも小さい場合、図２（ｅ）に示すような向きに、研磨部材５が傾斜した姿勢であることが検知されたこととなる。
As shown in FIG. 2E, when the reference posture before the polishing
この場合、可動制御部７は、図２（ｆ）に示すように、研磨部材５の基準姿勢を第１の揺動方向に補正する。
In this case, the
このように、可動制御部７は、研磨部材５を第１の揺動方向および第２の揺動方向に揺動させ（ウィービング）、第１の出力値と第２の出力値との比較に基づいて基準姿勢を補正することで、研磨部材５の接触面５ａとワークＷの接触対象面Ｗａを平行に近づけることができる。
In this way, the
図３は、姿勢検知および姿勢制御の処理を説明するための第２の図である。上記のように研磨部材５を揺動させる場合、研磨部材５の接触面５ａのうち、ワークＷの接触対象面Ｗａと接触する部位は、例えば、図３（ａ）に示すように、接触面５ａの端部５ｂ、５ｃと予め推定できる。
FIG. 3 is a second diagram for explaining processing of posture detection and posture control. When the polishing
端部５ｂは、研磨部材５を第１の揺動方向（図３（ａ）に示す矢印ａの向き）に揺動した際にワークＷの接触対象面Ｗａと接触する部位であり、端部５ｃは、研磨部材５を第２の揺動方向（図３（ａ）に示す矢印ｂの向き）に揺動した際にワークＷの接触対象面Ｗａと接触する部位である。
The
そこで、可動制御部７は、揺動点Ｏを、端部５ｂおよび端部５ｃそれぞれと等距離となる位置に設ける。そのため、可動制御部７は、研磨部材５を第１の揺動方向と第２の揺動方向におおよそ同じ動力で揺動させたとき、いずれの揺動方向に対してもバイアスが作用しない出力値を取得でき、簡易な処理で出力値の比較処理を遂行できる。
Therefore, the
ここでは、揺動点Ｏを、研磨部材５の内部であって、端部５ｂおよび端部５ｃそれぞれと等距離となる位置に設ける場合について説明したが、揺動点Ｏは、制御ＰＣ７ａがその位置を把握していれば、研磨部材５の内部でなくともよい。
Here, the case where the rocking point O is provided in the polishing
図４は、揺動点Ｏの位置を例示する説明図である。図４（ａ）、（ｂ）に示すように、揺動点Ｏを研磨部材５の外側に設けてもよい。このとき、揺動点Ｏは、図４（ａ）に示すように、研磨部材５の接触面５ａと反対側に設けてもよいし、図４（ｂ）に示すように、研磨部材５の接触面５ａ側（ワークＷ側）に設けてもよい。
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating the position of the swing point O. As shown in FIGS. 4A and 4B, the swing point O may be provided outside the polishing
ただし、揺動点Ｏを、端部５ｂからの距離と端部５ｃからの距離とが異なる位置に設ける場合、第１の出力値と第２の出力値は、それぞれ、揺動点Ｏ周りのトルクに変換し、トルクに変換された出力値を、上記の第１の出力値と第２の出力値に置き換えて比較処理を行う。また、揺動点Ｏを端部５ｂおよび端部５ｃそれぞれと等距離となる位置に設ける場合についても、揺動点Ｏ周りのトルクに変換してもよい。さらに、端部５ｂ、５ｃの相対的な距離の比率に応じた定数を乗算するなどして、力検知出力部８の出力値にバイアスをかけてもよい。
However, when the swing point O is provided at a position where the distance from the
ところで、研磨部材５は、ワークＷの接触対象面Ｗａから揺動点Ｏまでの距離が等しかったとしても、図３（ｂ）に示すように、ワークＷに対する傾斜が大きい場合もあれば、図３（ｃ）に示すように、ワークＷに対する傾斜が小さい場合もある。可動制御部７は、この傾斜の大きさに応じた基準姿勢の補正を行う。
Incidentally, the polishing
図３（ｂ）に示す基準姿勢においては、図３（ｃ）に示す基準姿勢よりも、上記の研磨部材５に対する揺動処理において、第１の出力値が大きく第２の出力値が小さくなる。すなわち、図３（ｂ）に示す基準姿勢の方が、図３（ｃ）に示す基準姿勢よりも、第１の出力値から第２の出力値を減算した差分値が大きい値となる。
In the reference posture shown in FIG. 3B, the first output value is large and the second output value is small in the swinging process for the polishing
また、図３（ｂ）に示す基準姿勢の方が、図３（ｃ）に示す基準姿勢よりも、補正量を大きくした方が、研磨部材５の接触面５ａとワークＷの接触対象面Ｗａが平行に近づく。
Also, the reference posture shown in FIG. 3B is larger in the correction amount than the reference posture shown in FIG. 3C, and the
そこで、可動制御部７は、第１の出力値と第２の出力値の差分値に基づいて、基準姿勢を補正する補正量を導出する。具体的には、第１の出力値と第２の出力値の差分値を制御回路の入力値として、基準姿勢の補正量を演算することとする。
Therefore, the
また、上記の揺動処理による研磨部材５の姿勢検知は、揺動処理によって研磨部材５がワークＷに接触する位置まで近接しなければ機能しない。研磨部材５がワークＷに接触できない位置では、第１の出力値も第２の出力値も０となり、基準姿勢の補正が行われないためである。しかし、基準姿勢の補正が行われないものの、処理自体は開始しても支障はない。
Further, the posture detection of the polishing
そこで、可動制御部７は、研磨部材５に対し、第１の揺動方向および第２の揺動方向への揺動と、基準姿勢の補正とを繰り返しながら、研磨部材５をワークＷの接触対象面Ｗａとの近接方向へ移動させる（近接処理）。
Therefore, the
可動制御部７は、揺動処理と近接処理とを並行して、もしくは、交互に繰り返して行うことで、揺動処理の開始タイミングを正確に特定せずとも、揺動処理が機能する位置まで近接したタイミングで、揺動処理が有効化する。そのため、可動制御部７は、予めワークＷの正確な位置を特定できておらずとも、ワークＷに対する研磨部材５の姿勢制御を行うことが可能となる。
The
（姿勢検知制御方法）
続いて、上記の研磨装置１を用いた研磨方法（姿勢検知制御方法）について詳述する。図５は、研磨方法の処理の流れを示したフローチャートである。
(Attitude detection control method)
Next, a polishing method (posture detection control method) using the polishing apparatus 1 will be described in detail. FIG. 5 is a flowchart showing a processing flow of the polishing method.
図５に示すように、まず、ワークＷをチャック装置６に設置する（Ｓ１００）。そして、可動制御部７は、電動部３を制御して研磨部材５を可動し、研磨部材５の接触面５ａが、ワークＷの接触対象面Ｗａに対向する位置に移動させる（Ｓ１０２）。
As shown in FIG. 5, first, the workpiece W is set on the chuck device 6 (S100). Then, the
続いて、可動制御部７は、モータ３ａを駆動して研磨部材５の回転を開始すると共に、研磨部材５の接触面５ａをワークＷの接触対象面Ｗａに近接させる方向に移動させる近接処理を開始する（Ｓ１０４）。
Subsequently, the
そして、可動制御部７は、研磨部材５を、ワークＷの接触対象面Ｗａとの近接方向へ移動させながら、第１の揺動方向に揺動させ（Ｓ１０６）、力検知出力部８の出力値である第１の出力値を取得する（Ｓ１０８）。この時点で、研磨部材５が回転駆動しており、研磨部材５の接触面５ａがワークＷの接触対象面Ｗａに片当たりする可能性があるが、例えば、可動制御部７は、ワークＷの接触対象面Ｗａの大凡の位置を把握しており、片当たりしても接触対象面Ｗａを傷つけない程度には、接触面５ａと接触対象面Ｗａを平行に保っているものとする。
Then, the
その後、可動制御部７は、研磨部材５を第２の揺動方向に揺動させ（Ｓ１１０）、力検知出力部８の出力値である第２の出力値を取得する（Ｓ１１２）。そして、可動制御部７は、第１の出力値と第２の出力値との差分に基づいて、研磨部材５の基準姿勢を補正する（Ｓ１１４）。具体的には、第２の出力値の方が第１の出力値よりも小さい場合、研磨部材５の基準姿勢を第２の揺動方向に補正する。また、第１の出力値の方が第２の出力値よりも小さい場合、研磨部材５の基準姿勢を第１の揺動方向に補正する。つまり、第１の出力値および第２の出力値のうち、相対的に出力値が小さい方の揺動方向に、研磨部材５を揺動して基準姿勢を補正する。
Thereafter, the
本実施形態では、揺動処理と近接処理を並行して行っているため、第１の揺動方向へ揺動させたときと、第２の揺動方向へ揺動させたときとで、研磨部材５からワークＷの接触対象面Ｗａまでの距離が異なることがある。したがって、第１の出力値と第２の出力値とを比較する際には、研磨部材５の移動速度と、第１の揺動方向および第２の揺動方向への揺動速度とから、両出力値が出力されたときの距離の差を補正するための演算処理を実行することが望ましい。なお、研磨部材５の移動速度や揺動速度が、両出力値が出力されたときの距離の差を無視できる程度に設定されている場合にはこの限りではない。
In this embodiment, since the swing process and the proximity process are performed in parallel, the polishing is performed when the swing process is performed in the first swing direction and when the swing process is performed in the second swing direction. The distance from the
さらに、可動制御部７は、第１の出力値と第２の出力値が、それぞれ予め設定された閾値より小さいか否かを判定する（Ｓ１１６）。第１の出力値および第２の出力値のいずれか一方でも予め設定された閾値以上となると、研磨部材５がワークＷに十分に近づいたと判定される。ここで、研磨部材５がワークＷに十分近づいた状態というのは、例えば、研磨部材５の接触面５ａがワークＷの接触対象面Ｗａに接触した状態である。したがって、Ｓ１１６の判定に用いる閾値は、研磨部材５の接触面５ａが、ワークＷの接触対象面Ｗａに接触した状態で出力される値に設定されることとなる。
Furthermore, the
第１の出力値および第２の出力値の双方が閾値より小さい場合（Ｓ１１６におけるＹＥＳ）、可動制御部７は、研磨部材５をワークＷに近接させる方向へ移動させている最中であるか否かを判定し（Ｓ１１８）、移動中でなければ（Ｓ１１８におけるＮＯ）、近接方向への移動を開始し（Ｓ１２０）、第１の揺動処理ステップＳ１０６に処理を戻す。移動中であれば（Ｓ１１８におけるＹＥＳ）、そのまま第１の揺動処理ステップＳ１０６に処理を戻す。
If both the first output value and the second output value are smaller than the threshold value (YES in S116), is the
また、第１の出力値と第２の出力値のいずれか一方でも、予め設定された閾値以上である場合（Ｓ１１６におけるＮＯ）、可動制御部７は、研磨部材５をワークＷに近接させる方向へ移動させている最中であるか否かを判定し（Ｓ１２２）、移動中であれば（Ｓ１２２におけるＹＥＳ）、近接方向への移動を停止して（Ｓ１２４）、第１の揺動処理ステップＳ１０６に処理を戻す。移動中でなければ（Ｓ１２２におけるＮＯ）、そのまま第１の揺動処理ステップＳ１０６に処理を戻す。
When either one of the first output value and the second output value is greater than or equal to a preset threshold value (NO in S116), the
上述した研磨装置１および研磨方法によれば、力検知出力部８は、ワークＷの接触対象面Ｗａからの反力を検知すれば、上記の揺動処理によって研磨部材５とワークＷの相対的な姿勢を制御し、研磨部材５がワークＷに片当たりするなどの事態を回避し、研磨部材５を接触対象面Ｗａに対して常時、平行に維持することができる。
According to the polishing apparatus 1 and the polishing method described above, when the force detection output unit 8 detects a reaction force from the contact target surface Wa of the workpiece W, the relative movement between the polishing
そのため、力検知出力部８を６軸力センサで構成する場合であっても、センサ座標系からツールセンタポイントの座標系にトルクの変換処理を行う必要がない上記の姿勢制御によって、精度低下を回避することができる。また、力検知出力部８を３軸力センサで構成することもでき、研磨装置１の製造コストを抑制することが可能となる。 Therefore, even when the force detection output unit 8 is configured by a six-axis force sensor, the above-described attitude control that does not require the torque conversion processing from the sensor coordinate system to the coordinate system of the tool center point reduces the accuracy. It can be avoided. Further, the force detection output unit 8 can be constituted by a triaxial force sensor, and the manufacturing cost of the polishing apparatus 1 can be suppressed.
さらに、従来の変換処理を行う場合、精度低下を抑制するために６軸力センサと砥石におけるツールセンタポイントを近づけなければならず、６軸力センサが干渉することから加工できるワークＷの形状が限定されていた。本実施形態の研磨装置１によれば、力検知出力部８と研磨部材５との間隔が離れていてもよく、加工できるワークＷの形状の制約が少ない。また、研磨装置１は、上記のトルクの変換処理による精度低下がないため、研磨部材５の接触面５ａが小さく、誤差の影響が大きくなり易い形状の研磨部材５も使用することができる。
Furthermore, when performing the conventional conversion processing, the 6-axis force sensor and the tool center point on the grindstone must be brought close to each other in order to suppress a decrease in accuracy, and the shape of the workpiece W that can be machined because the 6-axis force sensor interferes. It was limited. According to the polishing apparatus 1 of this embodiment, the space | interval of the force detection output part 8 and the grinding | polishing
（変形例）
上述した実施形態では、揺動処理と近接処理とを並行し行う場合について説明したが、揺動処理と近接処理を交互に繰り返して行うこともできる。以下、研磨装置１が揺動処理と近接処理を交互に繰り返す場合の研磨方法の処理の流れについて、変形例として説明する。
(Modification)
In the above-described embodiment, the case where the swing process and the proximity process are performed in parallel has been described. However, the swing process and the proximity process may be alternately repeated. Hereinafter, the processing flow of the polishing method when the polishing apparatus 1 alternately repeats the swing process and the proximity process will be described as a modification.
図６は、変形例における研磨方法の処理の流れを示したフローチャートである。図６において、ワーク設置ステップＳ１００および対向移動ステップＳ１０２は、上述した実施形態において説明した処理と同じであるため、説明を省略する。 FIG. 6 is a flowchart showing a processing flow of the polishing method in the modification. In FIG. 6, the workpiece installation step S100 and the opposing movement step S102 are the same as the processing described in the above-described embodiment, and thus description thereof is omitted.
続いて、可動制御部７は、研磨部材５の接触面５ａをワークＷの接触対象面Ｗａに近接させる方向に移動させる近接処理を実行する（Ｓ２０４）。続く、第１の揺動処理ステップＳ１０６から、基準姿勢補正ステップＳ１１４までの処理は、上述した実施形態において説明した処理と同じであるため、説明を省略する。
Subsequently, the
そして、可動制御部７は、第１の出力値および第２の出力値の双方が、それぞれ予め設定された閾値より小さいか否かを判定する（Ｓ２１６）。そして、第１の出力値および第２の出力値の双方が、それぞれ予め設定された閾値より小さいと判定された場合（Ｓ２１６におけるＹＥＳ）には、近接処理ステップＳ２０４に処理を戻し、再び、近接処理および揺動処理を繰り返す。
Then, the
また、第１の出力値および第２の出力値のいずれか一方または双方が、それぞれ予め設定された閾値以上であると判定された場合（Ｓ２１６のＮＯ）には、第１の出力値および第２の出力値の双方が、上記の閾値以上であるかを判定する（Ｓ２１８）。ここで、第１の出力値および第２の出力値の双方ともに閾値以上ではない、すなわち、第１の出力値および第２の出力値のうち、いずれか一方のみが閾値以上であると判定した場合（Ｓ２１８におけるＮＯ）には、第１の揺動処理ステップＳ１０６に処理を戻し、再び、揺動処理を繰り返す。 Further, when it is determined that one or both of the first output value and the second output value are equal to or greater than a preset threshold value (NO in S216), the first output value and the second output value It is determined whether both of the output values of 2 are equal to or greater than the threshold value (S218). Here, it is determined that both the first output value and the second output value are not equal to or greater than the threshold value, that is, only one of the first output value and the second output value is equal to or greater than the threshold value. In the case (NO in S218), the process returns to the first swing processing step S106, and the swing process is repeated again.
第１の出力値および第２の出力値の双方ともに閾値以上であると判定した場合（Ｓ２１８におけるＹＥＳ）には、第１の出力値および第２の出力値の差分が、予め設定された許容範囲内であるかを判定する（Ｓ２２０）。ここで、許容範囲とは、研磨部材５の接触面５ａが、ワークＷの接触対象面Ｗａに対して、ほぼ平行とみなせる範囲である。したがって、ここでは、研磨部材５の接触面５ａが、ワークＷの接触対象面Ｗａに対して、ほぼ平行となったときに出力される第１の出力値および第２の出力値の差分の最大値以下であるかを判定する。
If it is determined that both the first output value and the second output value are equal to or greater than the threshold value (YES in S218), the difference between the first output value and the second output value is set to a preset allowable value. It is determined whether it is within the range (S220). Here, the allowable range is a range in which the
そして、第１の出力値および第２の出力値の差分が、予め設定された許容範囲内であると判定されれば（Ｓ２２０におけるＹＥＳ）、当該処理による姿勢検知制御を終了し、以後、研磨部材５を回転駆動しながらワークＷに対して摺動させる研磨処理を開始する。これに対して、第１の出力値および第２の出力値の差分が、予め設定された許容範囲内ではないと判定されれば（Ｓ２２０におけるＮＯ）、第１の揺動処理ステップＳ１０６に処理を戻し、再び、揺動処理を繰り返す。
Then, if it is determined that the difference between the first output value and the second output value is within a preset allowable range (YES in S220), the posture detection control by the process is terminated, and thereafter polishing is performed. A polishing process is started in which the
かかる変形例の研磨方法によっても、上述した実施形態と同様の効果を有する。 Even the polishing method of this modification has the same effect as the above-described embodiment.
また、上述した実施形態および変形例では、研磨装置１の場合について説明したが、上記の姿勢検知処理を遂行する装置は研磨装置１に限らない。上記した実施形態の構成によれば、可動体の接触面を接触対象面に接触させて、可動体と接触対象面の相対的な姿勢を検知する装置（姿勢検知制御装置）に広く適用可能である。 In the embodiment and the modification described above, the case of the polishing apparatus 1 has been described. However, the apparatus that performs the posture detection process is not limited to the polishing apparatus 1. According to the configuration of the above-described embodiment, it can be widely applied to an apparatus (attitude detection control apparatus) that detects the relative attitude between the movable body and the contact target surface by bringing the contact surface of the movable body into contact with the contact target surface. is there.
例えば、自動車の車体組立工程において、車体に部品（可動体）をロボットアームで組み立てる姿勢検知制御装置等において、車体の接触対象面に対する、部品の接触面の位置の検知および姿勢制御を行う処理にも適用できる。 For example, in a body assembly process of an automobile, in a posture detection control device or the like that assembles a part (movable body) on a vehicle body with a robot arm, a process for detecting the position of the contact surface of the component and the posture control with respect to the contact target surface of the vehicle body Is also applicable.
また、上記のような研磨部材５をドレッシングする姿勢検知制御装置において、ドレッシング面（接触対象面）に対する、研磨部材５の姿勢の検知および制御を行う処理にも適用できる。
In addition, the posture detection control apparatus for dressing the polishing
いずれの場合であっても、姿勢検知制御装置は、６軸力センサを設ける場合であっても、上記の姿勢の検知および制御を行うことで精度を高めることができると共に、３軸力センサを設けることでコスト低減を図ることもできる。そして、トルクの変換処理に伴う精度低下を回避し、利用可能なワークＷの形状や可動体の形状の制約を減らすことが可能となる。 In any case, even if the posture detection control device is provided with a six-axis force sensor, accuracy can be improved by performing the above-described posture detection and control, and a three-axis force sensor can be installed. By providing, cost reduction can also be achieved. And it becomes possible to avoid the precision fall accompanying the torque conversion process, and to reduce the restrictions on the shape of the usable workpiece W and the shape of the movable body.
また、上述した実施形態および変形例では、理解を容易とするため、揺動点Ｏ周りの揺動方向について、その回転軸は、１軸方向のみを考慮した場合について説明した。具体的には、揺動点の回転軸の軸方向は、ワークＷの接触対象面Ｗａに対し、研磨部材５の接触面５ａが近接する方向に垂直、かつ、研磨部材５の回転軸方向に垂直な直線方向であった。しかし、揺動点Ｏ周りの回転軸の軸方向は、１軸方向のみには限られない。
Further, in the above-described embodiment and modification, for the sake of easy understanding, the description has been given of the case where only one axial direction is considered as the rotation axis around the swing point O. Specifically, the axial direction of the rotation axis of the swing point is perpendicular to the direction in which the
すなわち、揺動点Ｏ周りの回転軸の軸方向として、上述した実施形態および変形例の軸方向に加え、当該軸方向と垂直な軸方向についても、上記の揺動処理を伴う研磨部材５の姿勢の検知および制御を行ってもよい（２軸の姿勢制御）。このとき、上述した実施形態および変形例の軸方向に垂直な軸方向として、互いに直交する２つの軸方向それぞれについて、上記の揺動処理を伴う研磨部材５の姿勢の検知および制御を行ってもよい（３軸の姿勢制御）。
That is, as the axial direction of the rotating shaft around the swinging point O, in addition to the axial direction of the above-described embodiment and the modified example, the axial direction perpendicular to the axial direction of the polishing
また、上述した実施形態および変形例では、研磨部材５の接触面５ａと、ワークＷの接触対象面Ｗａは、それぞれ、図２、図３において直線となる場合について説明した。しかし、研磨部材５の接触面５ａと、ワークＷの接触対象面Ｗａは、いずれか一方、または双方が、図２、図３において曲線状に示されるように湾曲していてもよい。この場合であっても、湾曲部分の曲率に対し、研磨部材５が、十分に小さい、または、十分な弾性を有していれば、研磨部材５のワークＷに対する片当たりを抑制し、研磨精度を向上することが可能となる。
In the embodiment and the modification described above, the case where the
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、本発明はかかる実施形態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。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to this embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Is done.
なお、本明細書の姿勢検知制御方法における各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はない。 In addition, each process in the attitude | position detection control method of this specification does not necessarily need to process in time series along the order described as a flowchart.
本発明は、可動対象である可動体の接触対象面に対する姿勢を検知する姿勢検知制御装置、研磨装置、および、姿勢検知制御方法に利用することができる。 The present invention can be used for a posture detection control device, a polishing device, and a posture detection control method for detecting a posture of a movable body that is a movable target with respect to a contact target surface.
Ｏ …揺動点
Ｗ …ワーク
Ｗａ …接触対象面
１ …研磨装置
２ …ロボットアーム（可動部）
３ …電動部（可動部）
５ …研磨部材（可動体）
５ａ …接触面
７ …可動制御部
８ …力検知出力部
O ... Swing point W ... Work Wa ... Contact target surface 1 ...
3 ... Electric part (movable part)
5 ... Polishing member (movable body)
5a ...
Claims (5)
前記可動体が前記接触対象面から受ける反力の大きさを示す出力値を出力する力検知出力部と、を備え、
前記可動制御部は、
前記接触面を前記接触対象面に対向させた基準姿勢から、予め設定された揺動点を中心に、前記可動体を第１の揺動方向、および、該第１の揺動方向と逆方向となる第２の揺動方向に揺動させて、該接触面を該接触対象面に接触させ、
前記可動体を前記第１の揺動方向に揺動した際に前記力検知出力部によって出力される第１の出力値と、該可動体を前記第２の揺動方向に揺動した際に該力検知出力部によって出力される第２の出力値とを比較し、該第１の出力値の方が該第２の出力値よりも小さい場合、該可動体の前記基準姿勢を該第１の揺動方向に補正し、該第２の出力値の方が該第１の出力値よりも小さい場合、該可動体の該基準姿勢を該第２の揺動方向に補正して、前記接触面と前記接触対象面を平行に近づけることを特徴とする姿勢検知制御装置。 A movable control unit configured to move a movable body having a contact surface and bring the contact surface into contact with a contact target surface;
A force detection output unit that outputs an output value indicating a magnitude of a reaction force that the movable body receives from the contact target surface;
The movable control unit is
From a reference posture in which the contact surface faces the contact target surface, the movable body is moved in a first swing direction and a direction opposite to the first swing direction around a preset swing point. Oscillating in the second oscillating direction to be brought into contact with the contact target surface,
When the movable body is swung in the first swing direction, the first output value output by the force detection output unit, and when the movable body is swung in the second swing direction. The second output value output by the force detection output unit is compared. If the first output value is smaller than the second output value, the reference posture of the movable body is set to the first output value. When the second output value is smaller than the first output value, the reference posture of the movable body is corrected in the second swing direction, and the contact is corrected. A posture detection control device characterized in that a surface and the surface to be contacted are brought close to each other in parallel.
前記研磨部材を可動して、前記接触面を前記ワークの接触対象面に接触させる可動制御部と、
前記研磨部材が前記接触対象面から受ける反力の大きさを示す出力値を出力する力検知出力部と、を備え、
前記可動制御部は、
前記接触面を前記接触対象面に対向させた基準姿勢から、予め設定された揺動点を中心に、前記研磨部材を第１の揺動方向に揺動した際に前記力検知出力部によって出力される第１の出力値と、該研磨部材を該第１の揺動方向と逆方向となる第２の揺動方向に揺動した際に該力検知出力部によって出力される第２の出力値とを比較し、該第１の出力値の方が該第２の出力値よりも小さい場合、該研磨部材の該基準姿勢を該第１の揺動方向に補正し、該第２の出力値の方が該第１の出力値よりも小さい場合、該研磨部材の該基準姿勢を該第２の揺動方向に補正して、前記接触面と前記接触対象面を平行に近づけることを特徴とする研磨装置。 A polishing member for polishing the workpiece by bringing the contact surface into contact with the workpiece;
A movable control unit that moves the polishing member to bring the contact surface into contact with the contact target surface of the workpiece;
A force detection output unit that outputs an output value indicating the magnitude of the reaction force that the polishing member receives from the contact target surface;
The movable control unit is
Output from the force detection output unit when the polishing member is swung in a first swinging direction around a preset swing point from a reference posture in which the contact surface is opposed to the contact target surface. And a second output that is output by the force detection output unit when the polishing member is swung in a second swinging direction that is opposite to the first swinging direction. When the first output value is smaller than the second output value, the reference posture of the polishing member is corrected in the first swing direction, and the second output When the value is smaller than the first output value, the reference posture of the polishing member is corrected in the second swinging direction to bring the contact surface and the contact target surface closer to parallel. Polishing equipment.
前記可動体を前記第１の揺動方向に揺動した際、該可動体が前記接触対象面から受ける反力である第１反力の大きさと、該可動体を前記第２の揺動方向に揺動した際、該可動体が該接触対象面から受ける反力である第２反力の大きさとを比較し、該第１反力の大きさの方が該第２反力の大きさよりも小さい場合、該可動体の前記基準姿勢を該第１の揺動方向に補正し、該第２反力の大きさの方が該第１反力の大きさよりも小さい場合、該可動体の該基準姿勢を該第２の揺動方向に補正して、前記接触面と該接触対象面を平行に近づけることを特徴とする姿勢検知制御方法。 A movable body having a contact surface is moved, and the movable body is moved in a first swing direction around a preset swing point from a reference posture in which the contact surface faces the contact target surface, and Oscillating in a second oscillating direction opposite to the first oscillating direction to bring the contact surface into contact with the contact target surface ;
Upon swinging the previous SL movable body in the first swinging direction, and magnitude of the first reaction force movable body is a reaction force received from the contacted surface, the movable body of the second rocking When the movable body swings in the moving direction, the magnitude of the second reaction force, which is the reaction force that the movable body receives from the contact target surface, is compared, and the magnitude of the first reaction force is greater than the second reaction force. When the reference posture of the movable body is corrected in the first swing direction, and the magnitude of the second reaction force is smaller than the magnitude of the first reaction force corrects the reference posture of the movable body in the swing direction of the second, the attitude detection control method characterized by close parallel to said contact surface and said surface to be contacted.
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