KR0167021B1 - 자동연삭장치 - Google Patents

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KR0167021B1
KR0167021B1 KR1019950009347A KR19950009347A KR0167021B1 KR 0167021 B1 KR0167021 B1 KR 0167021B1 KR 1019950009347 A KR1019950009347 A KR 1019950009347A KR 19950009347 A KR19950009347 A KR 19950009347A KR 0167021 B1 KR0167021 B1 KR 0167021B1
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미에 마츠오
렘페이 나카다
준이치 와다
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히로유키 야노
하루오 오카노
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카타다 테쯔야
가부시키가이샤 코마쯔세이사쿠쇼
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Abstract

본 발명은 장치를 복잡하게 하는 일없이, 성형성을 수반하는 연삭작업을 자동적으로 또한 고정밀도로 실시하기 위한 것으로 그라인더(2)에 공급되는 부하전류의 변화량(c)이 소정의 한계치 이하일 때에는, 부하전류에 따라서 그라인더(2)의 공작물(a)로의 절삭홈의 양을 제어하고 또 부하전류의 변화량(c)이 소정의 한계치를 초과할 때에는 부하전류에 따라서 그라인더(2)의 연삭속도를 제어한다.

Description

자동연삭장치
제1도는 본 발명의 일 실시예에 의한 연삭작업용 로봇시스템의 구성도.
제2도는 로봇 구동제어부의 구성도.
제3도는 로봇 구동제어부에 의한 제어 동작을 표시하는 기본프로그램의 플로우챠트.
제4도는 연삭속도 제어실행루틴의 플로우챠트.
제5도는 절삭홈의 제어실행루틴의 플로우챠트.
제6도는 본 실시예의 로봇시스템에 의한 공작물 가공의 일례를 표시하는 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 회전숫돌 2 : 그라인더
3a, 3b, 3c : 아암 4 : 로봇
5 : 로봇구동제어부 6 : 조작기
7 : 전원 8 : 전류센서
9 : 기억부 10 : 데이터베이스부
11 : 부하제어패턴설정부 12 : 위치지령연산부
13 : 입력부 14 : 부하신호처리부
본 발명은, 용접덧살 혹은 가스절단부의 연삭 또는 주조물품 표면의 연삭다듬질 등의 연삭작업을 자동적으로 실시하는 자동연삭장치에 관한 것이다.
용접덧살을 연삭제거하거나, 가스절단 후의 용접개선(開先)면을 연삭다듬질하며, 혹은 주조물품의 표면을 연삭다듬질하는 작업을 자동화하기 위하여 산업용 로봇이 그라인더를 쥐고 이러한 작업들을 실시하게 하는 것이 시도되고 있다. 그러나, 단지 산업용 로봇을 사용하는 것만으로는 공작물의 형상, 또는 위치의 분산 및 제거해야 할 거친 면의 연삭 대상 크기의 차이에 의하여, 지나친 절삭 또는 절삭부족으로 인한 남는 부분이 생겨버리는 문제점이 있다.
이와 같은 문제점을 대처하기 위하여, 다음의 각 공보에 명시되어 있는 것과 같은 연삭방법이 제안되고 있다.
① 특개평 3-60963호 공부
그라인터모터로의 부하전류가 일정하게 되도록 그라인더와 공작물 사이의 거리를 제어하여 모재표면을 따라 연삭하도록 한 것,
② 특개평 3-142159호 공보
로봇의 손목부분에 공작물로부터의 반력을 검출하는 센서를 설치하고 이 센서로부터의 정보에 의하여 공작물에 대한 누르는 힘이 일정하게 되도록 로봇의 위치와 힘을 제어하도록 하며, 이것에 더하여 목표위치와 현재위치의 편차에 의하여 누르는 힘의 설정 값을 변환하도록 한 것.
그런데 상기한 ①의 공보에 개시되어 있는 연삭방법에서는, 공작물 모재면에 따라 누르는 힘을 일정하게 하여 연삭하므로 제거해야 할 거친 면 등을 함유하는 연삭 전의 피연삭물의 형상이 연마 후에 반영되고, 공작물의 상대적인 요철은 적어져도 요철은 남게 된다. 따라서 이 연삭방법은 연마작업에는 적합하지만 용접덧살의 연삭제거 또는 주조물품의 연삭다듬질과 같이 성형이 수반되는 연삭에는 적합하지 않다. 또 상기한 ②의 공보에 개시되어 있는 연삭방법에서는 로봇의 속목에 센서를 설치할 필요가 있음과 아울러, 이 센서로부터의 출력정보를 처리하는 장치가 별도로 필요하게 되어서 장치전체가 복잡하게 되어 버리는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해소하기 위하여 이루어진 것으로 장치를 복잡하게 하지 않고, 성형성을 수반하는 연삭작업을 자동적으로 또한 고정밀도로 실시할 수 있는 자동연삭장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 자동연삭장치는 로봇이 연삭공구를 쥐고 피연삭물을 연삭하는 자동연삭장치에 관계하는 것으로서,
(a) 상기한 연삭공구에 공급되는 부하전류를 검지하는 부하전류검지수단,
(b) 상기한 연삭공구에 공급되는 부하전류의 변화량을 검지하는 부하전류변화량 검지수단,
(c) 상기한 부하전류검지수단에 의하여 검지되는 부하전류에 따라 상기한 연삭공구의 상기한 피연삭물의 절삭홈량을 제어하는 절삭홈량제어수단,
(d)상기한 부하전류검지수단에 의해 검지되는 부하전류에 따라 상기한 연삭공구의 연삭속도를 제어하는 연삭속도제어수단 및
(e)상기한 부하전류변화량검지수단에 의해 검지되는 부하전류의 변화량이 소정의 한계치 이하일 때에는 상기한 절삭홈량의 제어수단에 의해 제어를 실행하며, 상기한 부하전류변화량 검지수단에 의해 검지되는 부하전류의 변화량이 소정의 한계치를 초과할 때에는 상기한 연삭속도제어수단에 의한 제어를 실행하도록, 이들 절삭홈량제어수단과 연삭속도제어수단을 전환하는 전환수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기한 절삭홈량의 제어수단은 상기한 부하전류가 클 때에는 상기한 절삭홈량이 작게 되도록, 상기한 부하전류가 작을 때에는 상기한 절삭홈량이 커지도록 제어하는 것으로 되고, 상기한 연삭속도제어수단은 상기한 부하전류가 클 때에는 상기한 연삭속도를 작게 하고, 상기한 부하전류가 작을 때에는 상기한 연삭속도를 커지도록 제어하는 것으로 된다.
연삭공구에 공급되는 부하전류의 변화량이 소정의 한계값 이하일 때에는 상기한 부하전류에 대응하여 상기한 연삭공구의 피연삭물로의 절삭홈량이 제어되고, 또 상기한 부하전류의 변화량이 소정의 한계값을 초과할 때에는 상기한 부하전류에 대응하며 상기한 연삭공구의 연삭속도가 제어된다. 이렇게 하여 피연삭물의 형상변화가 큰 부위에 대해서는 연삭공구의 연삭속도가 제어되어서 그 부위가 절삭이 부족하게 성형되지 않고, 형상 변화가 작은 부위에 대해서는 연삭공구의 절삭홈량이 제어되어서 그 부위의 모재면을 따라 마무리 가공이 실시된다. 따라서, 피연삭물이 예컨대, 주물의 둑 또는 탕구(gate) 등의 큰 볼록부라도 성형하면서 매끈하게 마무리할 수 있다.
[실시예]
다음에, 본 발명에 의한 자동연삭장치의 구체적 실시예에 대하여 연삭작업용의 로봇 시스템에 적용한 경우를 들어 도면을 참조하면서 설명한다.
제1도에 표시되어 있는 연삭작업용 로봇시스템에 있어서는, 회전숫돌(1)이 필요한 회전수로 회전 가능하게 장착되어서 구성되는 그라인더(2)를 보유함과 아울러, 피연삭물의 연삭면에 대하여 소정 속도로 이동되는 복수의 아암(3a), (3b), (3c)을 보유하는 다관절의 로봇(4)과, 이 로봇(4)의 구동제어, 상세하게는 회전숫돌(1)의 회전제어, 아암(3a), (3b), (3c)의 위치 및 이동속도의 제어 등을 실시하는 로봇구동제어부(5)가 구비되며, 이 로봇구동제어부(5)에는 조작자가 각종 조건의 설정을 실시하기 위한 조각기(6)가 접속되어 있다.
상기한 그라인더(2)의 모터(도시하지 않음)는 전원(7)에 의하여 구동된다. 그리고, 이 모터의 부하전류는 전류센서(8)에 의하여 검출되고, 이 전류센서(8)로부터의 부하전류신호가 로봇구동제어부(5)에 입력되도록 되어 있다. 또, 로봇구동제어부(5)에는, 로봇(4)의 적당한 장소에 설치되어 있는 도면표시되어 있지 않는 위치센서로부터 로봇(4)의 현재위치에 관한 위치신호와 역시 도면표시되어 있지 않는 속도센서로부터 로봇(4)의 현재 속도에 관한 속도신호 등이 입력된다. 이들 각 신호에 의거하여 로봇구동제어부(5)는 소정의 연산처리를 실시하고, 로봇(4)에 대하여 구동신호를 출력한다.
로봇구동제어부(5)의 구체적 구성이 제2도에 표시되어 있다. 도면표시한 바와 같이 이 로봇구동제어부(5)에 있어서는 조작기(6)에 의해 조작자가 설명하는 공구 종류별 및 마무리 목표 등의 작업조건이 기억부(9)로 기억되며, 이 기억부(9)에 기억되어 있는 데이터로부터의 예컨대 거친 가공인지 마무리가공인지 하는 마무리목표 값에 관한 데이터와, 미리 데이터베이스부(10)에 등록되어 있는 등록데이터 등이 부하제어패턴설정부(11)에 입력되도록 되어 있다. 또한 상기한 데이터베이스부(10)에는 여러 가지 가공물형상 또는 용도에 대응할 수 있도록 공구종류별 및 마무리목표마다 제어패턴 및 부사설정값(목표전류값, 한계값 등)이 등록되어 있다. 또, 티칭(teaching)에 의하여 기억부(9)로 기억된 위치목표값에 관한 데이터 및 속도 목표값에 관한 데이터는 그 기억부(9)로부터의 위치지령연산부(12)로 입력된다.
한편, 전류센서(8)로부터의 부하전류신호는 입력부(13)를 통하여 부사신호처리부(14)에 입력된다. 이 부하신호처리부(14)에서는, 입력된 부하전류신호에 의거하여 위치보정값 및 속도보정값을 산출하여 그들 산출값을 위치지령연산부(12)로 출력한다. 그리고 위치지령연산부(12)에서는 로봇(4)의 현재위치에 관한 위치신호와 로봇(4)의 현재속도에 관한 속도신호 및 기억부(9)에서 입력되는 위치목표값 및 속도목표값과, 부하신호처리(4)에서 입력되는 위치보정값 및 속도보정의 각 데이터를 기초로 구동신호가 산출되며, 이 산출된 구동신호가 로봇(4)에 출력된다.
다음에 상기한 바와 같이 구성되는 로봇구동제어부(5)에 의한 제어동작에 대하여 제3도에 표시되어 있는 기본 프로그램의 플로우챠트에 의거하여 상세히 설명한다.
A∼B : 전류센서(8)로부터 부하전류에 관한 데이터를 소정의 샘플링타임마다 취하고, 얻어진 n개의 샘플링 데이터 Iin(1), Iin(2), ····Iin(n)의 평활처리를 다음 식에 의하여 실시한다.
C : 평활화처리 후의 샘플링데이터(평활화데이터)에서 전류차 값(ΔI(m))을 다음 식에 의하여 계산한다.
Ismt(K-1)은 평활화처리 후 샘플링데이터 하나로서 비교하는 다음 샘플링데이터를 나타낸다.
D:과거 K회분의 평활화데이터 (Ismt(K)) 및 과거 K회분의 차이값(ΔI(K))을 평균화하고, 다음 식에 의하여 평균화한 후 전류(Iavg) 및 평균화한 후 전류차 값 (ΔIavg)을 각각 얻는다.
E∼G : 현재의 전류차 값(ΔIavg)과 속도제어를 실시할 때의 전류차의 목표값(ΔIsp)의 차의 절대값이 소정의 한계치(Thsp)보다 클 경우에 바꾸어서 말하면 부하전류의 시간적 변화비율이 클 경우에는 제4도에 의하여 후술하는 속도제어실행루틴을 진척되며, 부하전류의 시간적 변화비율이 작은 경우에는 제5도에 의하여 후술하는 절삭홈의 제어를 실행하는 루틴으로 진척된다.
속도제어를 실시할 때 전류차만큼의 목표값(ΔIsp)은 시험값에서 임의로 결정한다. 또한 소정의 한계값(Thsp)도 시험값에서 임의로 결정한다.
다음에 상기한 속도제어실행루틴(단계 F)을 제4도에 표시되어 있는 플로우챠트에 의하여 설명한다.
F1∼F2 : 평균화후 전류(Iavg)가 미리 설정되는 최대허용부하전류(IE)를 초과하고 있을 때에는 연삭속도(SP)를 영(zero)으로 설정한다.
F3∼F4 : 평균화후 전류(Iavg)가 미리 설정되는 최대허용부하전류(IE)이하로서 목표 전류의 상한값(IH)을 초과하고 있을 때에는 현재의 연삭속도(SP)로부터 SP0/4(SP0:작업수행시의 초기연삭속도)를 뺀값(SP-SP0/4)을 새로운 연삭속도(SP)로 한다.
F5∼F6 : 평균화 후 전류(Iavg)가 목표전류의 상한값(IH)이하로서, 목표전류의 하한값(IL)미만일 때에는, 현재의 연삭속도(SP)에 SP0/4를 더한 값(SP+SP0/4)을 새로운 연삭속도(SP)로 한다.
F7∼F8 : 평균화 후 전류(Iavg)가 목표전류의 상한값(IH)이하로서 목표전류의 하한값(IL)이상일 때에는 현재의 연삭속도를 그대로 채용한다.
이와 같은 속도제어실행루틴에 의하여 그라인더(2)에 가해지는 부하전류가 목표전류의 상한값(IH)과 하한값(IL)사이가 되도록 연삭속도가 제어된다. 이 속도제어에 의한 제어패턴은 단위시간당의 공작물의 제거부피를 조장할 수 있으므로, 예컨대 요철이 큰 부위를 평활하게 마무리한다고 하는 성형성을 중시하는 가공의 경우에, 제거단면적이 변화해도 티칭(teaching)에 의해 절삭이 부족하면 남는 부분이 생기는 일이 없이 연삭할 수 있다.
또한 제4도에 표시하는 연삭속도제어실행루틴의 플로우 챠트에 있어서, 평균화 후 전류(Iavg)가 목표전류의 상한값(IH)이하에서 목표전류의 하한값(IL)이상이면 연속속도(SP)는 연삭속도제어를 실시할 필요가 없다.
다음에 상기한 절삭홈의 제어실행루틴(단계 G)을 제5도에 표시되어 있는 플로우챠트에 의하여 설명한다.
G1∼G2 : 평균화후 전류(Iavg)가 목표전류의 상한값(IH)을 초과하고 있을 때에는, 작업수행시에 주어진 현재 절삭홈의 양(T)에서 절삭홈보정량(Ti)을 뺀 값(T-Ti)을 새로운 절삭홈의 양(T)으로 한다.
G3∼G4 : 평균화후 전류(Iavg)가 목표전류의 상한값(IH)이하로서 목표전류의 하한값(IL)미만일 때에는 현재의 절삭홈의 양(T)에 절삭홈 보정량(Ti)을 더한 값(T+Ti)을 새로운 절삭홈의 양(T)으로 한다.
G5∼G6 ; 평균화후 전류(Iavg)가 목표전류의 상한값(IH)이하로서 목표전류의 하한값(IL)이상일 때에는 현재의 절삭홈의 양(T)을 그대로 채용한다.
이와 같은 절삭홈의 제어실행루틴에 의하여, 그라인더(2)에 가해지는 부하전류가 목표전류의 상한값(IH)과 하한값(IL)사이가 되도록 절삭홈의 양이 제어된다.
그런데, 단위시간당 공작물의 제거부피는 그라인더(2)의 속도가 일정한 경우에는 절삭홈의 양이 클수록 커진다.
따라서, 상기한 절삭홈의 제어에 의한 제어패턴에 있어서는 그라인더(2)에 가해지는 부하전류가 일정하게 되도록 절삭홈의 양을 조정하여 제거부피를 일정하게 할 수 있으므로, 모재면을 따라서 매끈한 마무리가공의 경우에 유효하다.
또한 제5도에 나타낸 절삭홈 제어실행루틴의 플로우챠트에 있어서, 평균화 후 전류(Iavg)가 목표전류의 상한값(IH)이하에서 목표전류의 하한값(IL)이상이면 절삭홈의 양(T)은 절삭홈의 제어를 실시할 필요는 없다.
상기한 바와 같은 로봇시스템에 있어서 예컨대 제6a도에 표시되어 있는 것 같은 단면형상을 보유하는 공작물의 연삭가공을 실시하면, 전류센서(8)에 의하여 검출되는 부하전류값 및 전류차 값은 각각 제6b도 및 제6c도에 표시되는 것 같은 곡선으로 된다. 따라서 이와 같은 공작물에 대하여 본 실시예의 제어를 실행하면(a)에 있어서 부호 P로 표시되는 영역에서는 속도제어가 실행되며, 부호 Q로 표시되는 영역에서는 절삭홈의 제어가 실행되게 된다.
그 결과 피연삭물의 형상변화가 큰 부위에 대해서는 그 부위가 절삭의 남는 부분없이 성형되며, 형상변화의 작은 부위에 대해서는 그 부위의 모재면을 따라 마무리 가공이 실시된다. 이와 같이하여 피연삭물이 예컨대 주물의 둑 또는 탕구(gate) 등의 큰 볼록부라도 성형하면서 매끈한 마무리를 할 수 있다.
본 실시예에 있어서는 그라인더(2)에 가해지는 부하전류의 변화량의 대소에 의하여 속도제어와 절삭홈의 제어 등을 자동적으로 전환하는 것에 대하여 설명했지만, 본 실시예의 로봇시스템에 의하면 티칭시에 있어서의 조작자의 지정에 의하여 예컨대 거친 가공 후에 마무리가공을 실시한다고 하듯이 성형성을 중시하는 가공과 매끈한 마무리를 중시하는 가동등을 다른 공정에서 실시할 수 있는 것은 말할 나위도 없다. 이상으로 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 연삭대상인 공작물의 형상 또는 위치의 분산이 있어도 장치를 복잡하게 하는 일없이 원하는 형상으로 그리고 고정밀도로 성형을 실시할 수 있다.
또, 부하전류를 기초로 제어하도록 하고 있으므로 연삭상황을 즉시 감시할 수 있고 숫도의 연산능력의 변화에 대응할 수 있다.

Claims (2)

  1. 로봇이 연삭공구를 쥐고 피연삭물을 연삭하는 자동연삭장치에 있어서, (a) 상기한 연삭공구에 공급되는 부하전류를 검지하는 부하전류검지수단, (b) 상기한 연삭공구에 공급되는 부하전류의 변화량을 검지하는 부하전류변화량 검지수단, (c) 상기한 부하전류검지수단에 의하여 검지되는 부하전류에 따라 상기한 연삭공구의 상기한 피연삭물의 절삭홈량을 제어하는 절삭홈량제어수단, (d)상기한 부하전류검지수단에 의해 검지되는 부하전류에 따라 상기한 연삭공구의 연삭속도를 제어하는 연삭속도제어수단 및 (e)상기한 부하전류변화량검지수단에 의해 검지되는 부하전류의 변화량이 소정의 한계치 이하일 때에는 상기한 절삭홈량의 제어수단에 의해 제어를 실행하고, 상기한 부하전류변화량 검지수단에 의해 검지되는 부하전류의 변화량이 소정의 한계치를 초과할 때에는 상기한 연삭속도제어수단에 의한 제어를 실행하도록 이들 절삭홈량제어수단과 연삭속도제어수단 등을 바꾸는 전환수단을 구비한 것을 특징으로 하는 자동연삭장치.
  2. 제1항에 있어서 상기한 절삭홈양제어수단은 상기한 부하전류가 클 때에는 상기한 절삭홈의 양이 작게 되도록 상기한 부하전류가 작을 때에는 상기한 절삭홈의 양이 커지도록 제어하는 것이고, 상기한 연삭속도제어수단은 상기한 부하전류가 클 때에는 상기한 절삭속도가 작게 되도록 상기한 부하전류가 작을 때에는 상기한 연삭속도가 커지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 자동연삭장치.
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