JPS59142062A - グラインダ砥石の摩耗量自動補正装置 - Google Patents

グラインダ砥石の摩耗量自動補正装置

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JPS59142062A
JPS59142062A JP1599183A JP1599183A JPS59142062A JP S59142062 A JPS59142062 A JP S59142062A JP 1599183 A JP1599183 A JP 1599183A JP 1599183 A JP1599183 A JP 1599183A JP S59142062 A JPS59142062 A JP S59142062A
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grinder
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JP1599183A
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Goro Tsuda
津田 五郎
Osamu Mizuguchi
修 水口
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B27/00Other grinding machines or devices
    • B24B27/033Other grinding machines or devices for grinding a surface for cleaning purposes, e.g. for descaling or for grinding off flaws in the surface
    • B24B27/04Grinding machines or devices in which the grinding tool is supported on a swinging arm

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は研磨や研削作業等を行う産業用ロボットの手首
部に取り付けたグラインダ砥石の摩耗量に追従して、グ
ラインダを作業対象の方向に追い込み、自動的に砥石の
摩耗による加工点の位置の補正を行う為のグラインダ砥
石の摩耗量自動補正装置に関するものである。
一般の研削用等に用いられるロボットの場合、砥石の径
は新品の状態では170+n程度の外径であるが、作業
を行って行くうちに徐々に摩耗により径が縮小し、最終
的には例えば120φ稈度にまで摩耗することが知られ
ている。その為、自動的にグラインダ加工作、業を行い
、所望の研削深さ、仕ヒげ精度を得ることを目的とする
産業ロボットや自動研削、研磨、機等では、このような
砥石の摩耗に追従してグラインダの追い込み量を制御し
、計算された目標位置にグラインダ砥石の加工点を誘導
する必要がある。このような摩耗量による砥石の追い込
み量の補正は、例えば舶用プロペラや水車ランナーのよ
うに作業対象が大型で作業に長時間を要し、その間に砥
石が甚だしく摩耗するような場合に特に問題となる。
その為、本発明は上記のような要請に基づいて開発され
たもので15.ロボットアーム等の支持腕の先端に取り
付けたグラインダの砥石の外径の変化を検出し、この変
化量に応じて、逐次自動的にグラインダ加工点を定位置
に誘導制御する事により、摩耗量゛の補正を1動的に行
う機構の提供を目的とするものであり、その要旨とする
処は、支持腕の先端に特殊な比例リンク機構を取り付け
、この比例リンク機構軽グライジダ砥石の摩耗量を検出
する摩耗量検出器とグラインダとを取り付けると共に、
上記比例リンク機構を、これを揺動駆動した時、これに
取り付けたグラインダ砥石の加工点の移動量と、摩耗量
検出器の検出点の移動量との比が略1:2となるような
機構となした点である以下添付した図面を参照して本発
明を舶用プロペラの研削に適した横型多関節ロボットに
於けるグラインダ砥石の摩耗量補正装置に適用した実施
例について説明し、本発明の理解に供する。ここに第1
図は上記横型多関節ロボットの斜視図、第2図及び、第
3図は同ロボットのグラインダ支持腕である第2アーム
の先端に取り付けた比例リンク部分の平面図及び側断面
図、第4図は十記実施例に於ける摩耗量検出器・作の手
順を示すフローチャート、第5図は同フローチャートを
説明する為の判定表−で同図(a)は二点検出の場合、
同図(b)は三点検出の場合を示し、第6図は摩耗量検
出素子の詳細を示す為の第3図におけるD矢視図である
まず第1図を用いて水車ランナーの研削を行う為の横型
多関節ロボット全体の構造について説明する。
図に於いて第1軸11を軸受28によって水平方向に旋
回可能に支持する基台29は、水平基台30のL面31
上に該水平基台30の軸方向に摺動可能に支持された垂
直基台3−2の垂直側面33に沿って垂直方向に摺動可
能に支持されていることにより、水平方向及び垂直方向
に対して自在に位置決めされる。第1軸11に固定され
たアーム34の先端に設けた支点35と、基台29−ヒ
の支点36とは両支点に対して揺動自在に取り付けた第
一1イウ置決め手11.J 1によって連結されている
この第1位置決め手段Jl及び後記する第2及び第3の
位置決め手段J’2;J3は、夫々油圧シリンダ、ボー
ルネジ、そめ他の伸縮可能で、且つ□その伸縮量が正確
に制御されるアクチュエータやモータ等によって構成さ
れて(1)る。従って第1位置決め手段J1の伸縮によ
りil軸11が任意の旋回角度分だけ旋回され、これに
連結された第1アーム及び第2アームが全体として第1
軸11の回りにθ1の方向に旋回する。
第1軸11の端部に該第1軸11に対して一定角度伸斜
した状態で固着された回転円板37十、には、第1軸1
1に対して直1〒するように支軸12が回動可能に取り
付けられている。該支軸12には、該支軸12を中心と
して揺動可能の第17−ム13の末端が固着されており
、該第1アーム13の他端に旋回可能で且つ前記支軸1
2に平行に取り付けた支軸14に揺動自在に取り付けた
五節連鎖を構成する第1リンク20の先端部に設けた支
点21と、前記回転円板37に固定された支点18とは
、前記した第1アーム13に平行なリンク22によって
連結されており、支軸12の軸芯と第1軸11の軸芯”
との□交点23と、前記支点18とを結ぶ線分が第1リ
ンク20に平行で、且つリンク22と第17−ム13と
が平行となるような平行リンクが形成されている。更に
第1アーム13の中間に設けた支点17と回転円板37
に固定基れ゛た支点16とは、前記したようなボールネ
ジ等よりなる第2位置決め手段J2によって連結され、
第2位置決め手段J2の伸縮動作によって第1アーム1
3が第1軸11に対してθ2の方向に揺動する。
前記第1アーム13の先端には、該第1アームに対して
回転可能に取り付けた前記支軸14を中心として揺動自
在の第2アーム15(支持腕)が取り付けられており、
この第2アーム15内には第2アーム15の串間の固定
支点(不図示)と前記第1リンク20に対して位置を固
定された五節連鎖の構成要素である第2リンクの先端の
支点とを連結するボールネジ等よりなる第3位置決め手
段J3(不図示)が内蔵され、この第3位置決め手段J
3の伸縮動作によって第2アーム15が前記第1軸11
及び第1アーム13を含む第1平面内に於いてθ3の方
向に揺動運動する。前記′第2リンクの角度は前記平行
リンク22の存在により、第1リンク20が第1アーム
13の揺動角度によらず常に第1軸11に対して一定の
角度に保持されるので、第3位置決め手段Cの伸縮量に
応じて第2アーム15の第1軸11に対する揺動角度が
一義的に決定される。
第2アーム15内には更にその先端に設けたグラインダ
Gを有する手首部38に第2アーム15の軸芯の回りに
旋回運動を起こさせる旋回駆動機構(不図示)が内蔵さ
れ、さらに第2アーム15の先端部には、第2図、第3
yI+に示す後記の比例リンク機構を有するグラインダ
の揺動機構が取り付けられている。第2アーム15の前
記手首部38とは反対側の末端部には、第1の重力バラ
ンス装置の一種であるカウンターウェート39が固着さ
れ、このカウンターウェート39の重力によって第2ア
ームの第1アーム13の軸芯を中心とした左右の重力バ
ランスが達成される。
このようにして構成された横形のロボット腕機構の場合
、第1アーム13及び第2アーム15が第1軸11に片
持状に取り付けられている為、これらの重量に対するバ
ランス装置を設けないと第1軸11に大きな捩りトルク
がかかり、しかもこの捩りトルクは第17−ム13の垂
直面内及び水平面内における揺動による傾きによって夫
々変動する為、これに対する重力バランス装置は特殊な
ものを採用する必要がある。このような機能を充足する
為の重力バランス装置を次Gト説明する。即ち第2図に
於いて40はワイヤー41を巻き掛けたドラム42と、
このドラム42にワイヤー41を巻き込む方向に回転力
を付与する図示せぬ萼巻きバネ等よりなる回転力付与機
構(不図示)とを有する張力付与装置で、基台29に取
り付けられた回転軸43に固着されており、ドラム42
に巻き掛けられたワイヤー41は、基台29に回動自在
に取り付けた上記回転軸43の先端に回転自在に取り付
けた回転シ、−ブ44の周上を経て、該回転シーブ44
で方向を変えて第1アーム13の中間点に取り付けた球
面継手45に係着されたロッド46の先端に回転自在に
取り付けた回転シーブ47に180度巻き付き、更にそ
の末端が前記回転円筒43の端部の固定点48に固着さ
れているものである。従ってドラム42に作用する回転
力はワイヤー41に伝達され、該ワイヤーの平行部41
°を回転シーブ44の方向に引っ張る為、この張力によ
って回転シーブ47、ロッド46、球面−手45を介し
て第1アーム13が垂直上方へ引き上げられ、上記球面
継手14の部分に作用する第1アーム13及び第2アー
ム15の自重による第1軸11の回りの回転モーメント
が相殺される。この機構の場合第17−ム13が水平面
内に於いて上下動した場合、この動きにつれてワイヤー
41の平行部41゛も回転シーブ44を中心として揺動
運動するが、回転シーブ44を取り付けた回転軸43は
基台29に対して回動自在であるか、又はワイヤー41
′の回転シーブ44を中心とする揺動運動につれて回動
する構造となっているので、回転シーブ44が常にワイ
ヤーに沿った向きに回動されワイヤーが回転シーブ44
から外れるような不都合が無く、また第1アーム13が
支軸12の回りに揺動運動した場合、これに連れて前記
ワイヤー41の平行部41°も回転シーブ44の回りに
揺動運動するが、この運動によってワイヤー41の回転
シーブ44に対する巻き掛は角度が変化するのみア、ワ
イヤー41は回転シーブから外れる虞れが無い。世しこ
のような回転シーブ44からのワイヤーの外れを防止す
る機能を厳密に達成させる為には、回転シーブ44が前
記支軸12と第1軸11との直行点23の直上に設けら
れていることが条件となり、図に示した腕機構もこの条
件を満たす構造となっている。
尚第1図に示した50.51.52は夫々基台29に対
する第1軸11の旋回角度を検出する角度検出器、回転
円板37に対する(即ち第1軸11に対する)第1アー
ム13の揺動角度を検出する角度検出器、第1アーム1
3に対する第2アーム15の揺動角度を、検出する角度
検出器で、ロータリエンコーダ、レゾルバ、ポテンショ
メータその他が採用される。
続いて第2図、第3図、及び第6図を参照して第2アー
ム15の先端に設けた前記グラインダGをグラインダ砥
石の摩耗量に応じて追い込む為の機構について説明する
第2図、及び第3図に於いて、砥石G1を有するグライ
ンダGは、第2アーム15の先端に設けた比例リンク5
3に取り付けられており、該比例リンク53は、第2ア
ーム15の先端から突出する中空状の回転伝達軸54の
先端にブラケット55を介し゛ζζジブラケット55取
り付けた支軸56を中心として揺動可能に取り付けられ
ている。
従って回転伝達軸54が回転すると、これに取り付けら
れた比例リンク53、及びグラインダG全体がθ4の方
向へ回転する。
即ち、前記支軸56には架台57が揺動可能に取り付け
られており、この架台上にグラインダGが平行に固定さ
れている。上記支軸56を有する前記ブラケット55は
、第2アーム15の先端方向に突出する支持プレート5
8を一体的に有し、;! 該支持プレート58の先端部こ取り付けた支軸59には
、該支軸59を中心として揺動可能のL字形の揺動リン
ク60が係着されており、揺動リンク60の一端部60
aは支持ピン61を介して前記回転伝達軸54の中空部
に同軸に挿通された連結棒62の先端に揺動自在に係着
されている。連結棒62の末端には図示せぬボールネジ
等のアクチュエータが連結されており、このアクチュエ
ータの働きによって連結棒62が第2アーム15の先端
部から出没する。
前記り字形の揺動リンク60の他端60bと、前記架台
57とは両者に取り付けた支持ピン63及び64を揺動
自在に連結する揺動リンク65によって連結され、該揺
動リンク65に対する前記揺動リンクの端部60b及び
架台57のなす角度は、概略90度となるように、支持
ピン63及び64の位置が決定されている。
また前記揺動リンク60の端部60bには、砥石G1の
方向へ実用する摩耗検出アーム66が固定されており、
該摩耗検出アームの先端には、断面略コの字状でその中
間部に砥石Glの周端部67をその間に挟み込むような
取り付は位置の摩耗量検出素子68が固定されている。
この摩耗量検出素子68の対向する腕部68a及び68
bの一方68aには、第6図に示すように、砥石G1の
半径方向に僅かな間隔を置いて3個の発光素子a“、b
”、c“が配設され、各発光素子に対向する腕部68b
の位置に受光素子a、b、cが取り付けられている。従
って摩耗量検出アーム66を揺動させて、砥石G1を摩
耗量検出素子68の間に差し込んで行くと、前記線分6
9がやがて前記グラインダ砥石G1の周端部67と交差
する点Aが見いだされる。この点Aを検出点と呼ぶこと
とし、支持ピン63及び59を簡略化の為にA゛及びA
#と呼ぶことにする。
さらに砥石G1が対象物Wを加工する点をBとし、支点
ピン64及び支軸56を夫々B′及びB“と呼ぶ。
続いてこの機構で砥石の摩耗量に対する自動補正を行う
為の構成上の条件について説明する。まず前記加工点B
は、前記点B′及びB“を通る直線70上に概略位置さ
せるように、架台57か!グラインダGの中心線G2ま
での距離を設定する。但し砥石G1は使用に連れて外径
が変化するため、点Bを点B”、B”を通る直線上に常
に一致させることは、この機構の場合出来ないが、望ま
しくは゛砥石G1の外径が新品状態の最大径と使用後の
最小径との丁度中間状態における点Bが直線70の上に
来るような寸法に設定することが望ましい。世し砥石G
1は架台57に対して直角に配置されているので、砥石
の摩耗に伴う上記点Bの位置の変化は、補正の精度に大
きな誤差を与えるものではない。そして上記点BとB“
との間の距離11と点B°とB“との間の距離12の比
は3対2に設定されている。
又前記検出点Aは、前記点A°とA″とを結ぶ線分71
上に存在するように、摩耗量検出素子の位置を調整し、
且つ点AとA“との間の距離β3と、点A”とA ” 
4.の間の距離14との比が3対1となるように揺動リ
ンク6oの腕の長さ、及び砥石G1の取り付は位置を調
整する。但し砥石G1が摩耗するにつれて、点Aの位置
も若干移動する為、上記I13とlt4との比を常に一
定にすることは出来ないが、図に示したように直線71
に対して砥石Glを出来るだけ90度に近い状態に取り
付けておくことにより、この砥石G1の摩耗による点へ
の位置の変化が及ばず精度上の娯差は殆ど無視しうるよ
うになる。
なお上記の説明では、発光素子及び受光素子を3組用い
た場合について述べたが、本発明においては、これらの
素子の組の数は3組に限定されるものではなく、1組も
しくは2組以上であってもよい。1組の発光及び受光素
子を用いる場合には、後記するようにグラインダ砥石周
端部の位置をアナログ的な光量の変化によって検出する
ことができる。
続いて第4−に示したフローチャートを用いて前記発光
素子及び受光素子による摩耗量の検出及び、これに伴う
グラインダの駆動手順について説明する。尚以下の説明
中ステップ番号にはSの符号を使用する。またこれらの
ステップに伴う判断や各種指令等はマイクロコンピュー
タその他の個別回路を用いることができる。
上記受光素子a、b、c及び発光素子a l。
bl 、  c Tは、夫々相対向する位置に設けられ
ているので、その間を砥石が遮らない限り各受光素子は
、対向する発光素子からの光線を受け゛ζON信号を発
生し、逆に砥石G1によって光線が遮られた時にOFF
信号を発生する。従って上記受光素子a、b、cからの
ON、OFF信号は、例えばロボットを制御するマイク
ロコンピュータに送られ、以下の手順に基づいて連結軸
62を出没させる前記ボールネジ等を駆動するためのサ
ーボモータ(不図示)を回転制御する。但しここでは簡
略化の為に2組の検出素子a、a’、b、b’による検
出処理過程について説明する。
研削作業中にまずステップS1において、受光素子aの
ON、OFF状態、即ち発光素子a“からの光線が遮ら
れ6.ているか、否かを判定する。受光素子aがOFF
の場合には、続いて受光素子すがOFFであるか、否か
を32において判定し、ここでYESの場合には、画素
子間をグラインダ砥石Glが横切って存在していること
が示され、グラインダ砥石G1の周端部より画素子が砥
石の中心方向に入り込み過ぎていることを表しているの
で、砥石G1の周端部が画素子の間に来るように、前記
サーボモータを微少量回転させて連結棒62を矢印Yで
示す進出方向に移動させる。この連結棒62の進出動作
により、該連結棒62の先端に連結された揺動リンク6
oが矢印αで示す方向とは反対の方向に僅かに回動じ、
この回動によって揺動リンク6oに固定された摩耗量検
出アーム66及びこれと一体の摩耗量検出素子68が砥
石Glから離れる方向に移動する(s3)。またステッ
プS1において受光素子aがONである場合には、処理
はステップs4に進み、受光素子CがOFFであるか、
否かを判定する。ここで受光素子CがONの場合には、
画素子がON状態、即ち、画素子が砥石G1の周端部が
ら外れた状態を表しているので、この周端部が画素子の
間の位置に移動するように、前記サーボモータを駆動し
て連結棒62を矢印Xで示す方向即ち、第2アーム15
内へ収容する方向に移動させる(S5)。この矢印X方
向への連結棒の移動により、摩耗検出アーム66が矢印
αの方向に回動し、砥石G1が摩耗量検出素子68内に
挿入さ昨ていき、やがて受光素子CがOFF状態になる
。前記ステップS3又はS5の処理が終了すると、サー
ボモータ69をさらに駆動すべきか、否かを判定する為
に処理はステップS1にもどり、砥石G1の周端縁、即
ち点Aが受光素子aとCとの間にくるまで、連結棒62
が矢印X又はYの方向に移動される。またステップS4
において、受光素子CがOFFの場合には、素子の検出
状態が異常であることを表している為、警報ランプをO
Nさせる等の異常処理を行って、機台を停止する(S6
)。このような両受光素子のON、OFF状態に対する
判定結果を表にまとめたものが第5図(a)である。又
第5図(b)は第、6図に示したような発光素子、受光
素子の組を3組用いた場合で、中間状態を検出する素子
すが存在する為、図に示すように、判定の機会が多(、
その分異常状態の検出精度が向上する。
上記したような処理手順を経ることにより、砥石の摩耗
量に応じて揺動リンク60を連結棒62の出没動作によ
り、適正量揺動させることが可能となる。
今、砥石G1が摩耗してその外径が小さくなってい(と
、検出点Aが2個の受光素子aとCとの間から外れるの
で、第4図に示したフローチャートに従って連接棒62
が矢印Xの方向に挿入され、揺動リンク60が前記の通
り矢印αの方向に支点ピン59、即ち点A“を中心とし
て揺動する。
この揺動によって揺動リンク60の腕部60bと、揺動
リンク65を介して連結された架台57が支軸56、即
ちB″を中心に同じ方向に回動し、この架台57上に取
り付けられたグラインダGを同じ方向に揺動してその先
端に取り付けた砥石G1が対象物Wの方向に追い込まれ
る。
今、揺動リンク60の矢印α方向への揺動によって、点
A“がΔ2だけ矢印αの方向に移動すやと、これと揺動
リンク65によって連結された点B1も同じ量だけ対象
物Wの方向に移動する。前記点A′の62分の移動によ
って、前記リンクの比に応じて検出点Aは、3×Δ2だ
け対象物Wの方向に移動する。
一方、点B“の移動に伴って前記リンクの比に応じて点
Bも点B“を中心に対象物Wの方向に移動するが、この
移動量は、前記リンクの比に応じてΔ      z 
X 3 / ’lになる。従って連結棒62の単位出没
量に応じて、点Aは点Bに対して2倍の量だけ対象物W
の方向に移動することになる。砥石Glの摩耗量に対し
て、砥石G1の加工点Bが常に一定位置、例えば第3図
に示すように連結棒62の軸芯上に存在する為には、加
工点Bを砥石を摩耗量だけ対象物Wの方向に移動させね
ばならないのに対し、摩耗量検出素子68が常時検出点
Aを受光素子aと、Cとの間に捕らえておくためには、
軸芯、砥石の摩耗量+B点の移動量の分だけ(上記2個
の値は同じ値となる)作業対象Wの方向へ追い込まれね
ばならないので、上記したようにB点の移動量に対し、
A点の移動量が2倍と成るように設定することにより、
摩耗量検出素子68が検出点Aを受光素子aと、bとの
間に捕らえている限り、加工点Bが第2アーム15に対
して常に一定の位置に保持されることが理解される。
以−ヒ述べた実施例では、グラインダ砥石の摩耗量を2
以上の受光素子のON、OFF信号として捕らえ、雨検
出素子の間にグラインダ砥石の周端縁、即ち検出点が来
るように制御しているが、かかる検出素子は一例であっ
て、例えば光電管等のような1組の発光、受光素子の間
を遮るグラインダ砥石の周端部による光量のアナログ的
変化を検出し、この受光量が一定となるように連結棒6
2を駆動する如くなしてもよく、また検出素子として前
記の光検出素子ばかりでなく、静電容量等を検出する形
式のもの、その他の非接触形位置検出器を使用すること
も可能である。
本発明は以上述べたように、支持腕の先端に特殊な比例
リンク機構を取り付け、この比例リンク機構にグライン
ダ砥石の摩耗量を検出する摩耗量検出器とグラインダと
を取り付けると共に、上記比例リンク機構を、これを揺
動駆動した時、これに取り付けたグラインダ砥石の加工
点の移動量と、摩耗量検出器の検出点の移動量との比が
略1:2となるような機構となしたことを特徴とするグ
ラインダ砥石の摩耗量自動補止装置であるから、グライ
ンダ砥石の摩耗量に応じてグラインダ砥石が作業対象の
方向へ自動的に追い込まれ、グラインダ砥石の加工点の
位置が常に支持腕に固定された計算上の位置に正確に位
置決めされるので、研磨や研削等の加工精度が著しく向
−ヒするものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は上記横型多関節ロボットの斜視図、第2図及び
、第3図は同ロボットのグラインダ支持腕である第2ア
ームの先端に取り付けた比例リンク部分の平面図及q側
断面図、第4図は上記実施例に於ける摩耗量検出動作の
手順を示すフローチャート、第5図は同フローチャート
を説明する為の判定表で同図(a)は二点検出の場合、
同図(b)は三点検出の場合を示し、第6図は摩耗量検
出素子の詳細を示す為の第3図におけるD矢視図である
。 (符号の説明) G・・・グラインダ   G1・・・グラインダ砥石1
5・・・第27−ム  53・・・比例リンク54・・
・回転伝達軸  56.59・・・支軸57・・・架台
     60・・・揺動リンク62・・・連結棒  
  65・・・揺動リンク66・・・摩耗検出アーム6
8・・・摩耗量検出素子a、b、c・・・受光素子。 出願人  株式会社 神戸製鋼所 代理人  弁理士  本庄 武男 第5図(a) 251−j  (b)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、下記の(1)〜(3)の構成を有してなることを特
    徴とするグラインダ砥石の摩耗量自動補正装置。 (1)支持腕の先端に比例リンク機構が取り付けられて
    いる。 (2) 上記比例リンク機構にグラインダ砥石の摩耗量
    を検出する摩耗量検出器、及びグラインダが取り付けら
    れている。 (3)上記比例リンク機構は、これを揺動駆動し゛  
       た時、これに取り付けたグラインダ砥石の加工点
    の移動量と、摩耗量検出器の検出点の移動量との比が、
    略1:2となる機構である。
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