專利名稱：金屬研磨裝置的研磨工具自動替換機構和自動替換方法
作為汽車用的燈具構件的燈具本體和前面透鏡等合成樹脂制品一般都是用金屬模成形，本發明涉及金屬研磨裝置的研磨工具自動替換機構和自動替換方法，而上述這種研磨裝置正是用來對成形燈具本體和前面透鏡等合成樹脂制品的金屬模(它的成形面和襯墊面)進行研磨的。
在制造用于成形燈具本體或前面透鏡等合成樹脂制品的金屬模時，先用切削或鍛造工藝把金屬模加工成規定的形狀；接著用電火花加工對金屬模的成形面或襯墊面進行加工；最后用研磨工具把成形面或襯墊面精加工成鏡面。雖然用研磨工具的研磨工序有時是用人手進行的，但是要把被加工面精加工成平滑面則需要熟練的技藝，而且作業的時間會變得相當長，因此最近企圖通過引入研磨加工用的機械手來得到高精度的研磨和縮短研磨工序時間。
即、把研磨工具裝在研磨加工用的機械手臂(它的前端心軸)上，將正在回轉的研磨工具按壓在金屬模的被研磨面上，同時沿被研磨面行進，由此對被研磨面進行研磨。
預先準備多種研磨工具，這些研磨工具的顆粒表面粗糙度是從粗目到細目各不相同的，按照從粗目到細目的順序依次替換裝在臂(前端的心軸)上的研磨工具而進行研磨作業。
但是，由于在上述以前的研磨工序中是用手工把研磨工具裝到研磨加工用的機械手前端部所設置的心軸上或從其上卸下的(即用手工進行研磨工具的替換)，因為在替換研磨工具時就將研磨工序中斷，僅此就會使工序的時間加長。
而且，由于在研磨工具替換中必需進行這樣的作業，即用緊固件(彈簧筒夾機構)把研磨工具連接到研磨加工用的機械手的臂前端部(心軸)上，在替換研磨工具時，使用板手將緊固件(彈簧筒夾機構)放松、將用過的研磨工具從臂前端部(心軸)卸下后，把新的研磨工具安裝到臂前端部(心軸)上，將緊固件(彈簧筒夾機構)緊固，因而在研磨工具的替換中所花費的時間較長，而且使研磨工序拉長。
為了替換研磨工具，作業人員必須中斷其他還在繼續中的作業，而且進行研磨工具替換的主要人員不在場就不能進行研磨工序，用手工替換研磨工具是使金屬模制造中生產效率降低的主要原因。
本發明是為了解決上述現有技術存在的問題而作出的，其目的是提供一種能自動進行研磨工具替換的金屬模研磨裝置的研磨工具自動替換機構和自動替換方法。
為了達到上述目的而作出的本發明第一方面的金屬模研磨裝置是使裝在心軸上并與心軸成一體地回轉的研磨工具一邊壓在金屬模的被研磨面上、一邊沿被研磨面行進地研磨被研磨面的，上述心軸是設置在金屬模研磨加工用的多軸機械手的臂上的，所述金屬模研模裝置的研磨工具自動替換機構的結構為在上述心軸的前端部設置有左右一對水平系緊銷從垂直桿突出的T字形的工具夾，這垂直桿是與心軸同軸地形成一體的；在上述研磨工具上設置著一對能容許上述水平系緊銷從上方壓入結合并能向上方強行拉出的切口；在固定被研磨的金屬模的金屬模放置區域附近設有將多個研磨工具切口向上地按規定間隔配置的工具存放處和具有水平狹縫的工具脫離臺，該狹縫的幅度比上述工具夾的垂直桿的外徑大，但是比研磨工具的外徑小；通過將水平系緊銷從上方壓入到工具存放處上的現定的研磨工具的切口里，將研磨工具裝到工具夾上，通過使水平系緊銷從工具脫離臺的水平狹縫的下方向上方地通過而使研磨工具與工具夾脫離。
通過使多軸機械手的臂從工具存放處的規定的研磨工具上方降下，將工具夾的水平系緊銷壓入到研磨工具的切口里面將研磨工具裝到工具夾上；為使工具夾的水平系緊銷從工具脫離臺的水平狹縫的下方向上方地通過而使多軸機械手的臂上升，由此將水平系緊銷從切口強行拉出，使研磨工具與工具夾脫離，因而能用簡單的結構自動地將研磨工具裝到工具夾上、和使其自動地與工具夾脫離。
本發明第二方面的裝置在本發明第一方面所述的金屬模研磨裝置的研磨工具自動替換機構中，使上述T字形工具夾的設有水平系緊銷的T字橫棒狀部借助銷能相對于垂直桿傾斜地連接，在上述水平系緊銷和研磨工具的切口相結合的狀態下，工具來和切口協動而構成萬向接頭。
由于研磨工具是借助由工具夾和切口構成的萬向接頭而與心軸相連接，因而能總是追隨被研磨面的形狀。
本發明第三方面的裝置是在本發明第一或第二方面所述的金屬模研磨裝置的研磨工具自動替換機構中，使上述研磨工具由圓筒形合成樹脂制研磨構件保持環構成，它把研磨構件保持在下端部、并在側壁上相對向地形成上述切口；在上述切口的系緊銷被壓入側形成幅度比系緊銷的外徑還狹窄的捆緊部，而且將上述捆緊部的系緊銷導入部形成V字形。
在合成樹脂制的研磨構件保持環中，捆緊部能隨著水平系緊銷壓入到切口里或者從切口強行地拉出而沿擴張方向彈性變形，從而能使水平系緊銷平滑地壓入到切口里，并能平滑地從切口脫出。
V字形的系緊銷導入部能容易地使水平系緊銷沿著導向切口的方向滑動，從而能容易地將水平系緊銷壓入到切口里，而且能容易地使水平系緊銷沿著從切口逸脫方向滑動，從而能容易地將水平系緊銷與切口脫離。
本發明第四方面的裝置是在本發明第一～第三方面之任意一項所述的金屬模研磨裝置的研磨工具自動替換機構中，上述工具夾是用緊固件與心軸連接成一體的，在上述緊固件的外筒部的外周面上設置著一對與水平系緊銷相對應的倒角部，它們是用于檢測工具夾的周向定位的。
由于設置在緊固件外筒部的外周面上的倒角部是和水平系緊銷對應的，因而通過使這倒角部與工具脫離臺的水平狹縫和工具存放處上的研磨工具的切口相對應地將工具夾定位，就能使水平系緊銷處于與工具脫離臺的水平狹縫和工具存放處上的研磨工具的切口相對應的位置。
本發明第五方面的裝置是在本發明第一～第四方面之任意一項所述的金屬模研磨裝置的研磨工具自動替換機構中，使上述工具脫離臺的水平狹縫沿著狹縫縱長方向地傾斜，以便在水平系緊銷從水平狹縫的下方向上方通過時，一對水平系緊銷具有時間差地通過水平狹縫。
由于水平系緊銷與研磨工具的切口相嚙合，當其向上方通過水平狹縫時，寬度比水平狹縫大的研磨工具與狹縫側緣部相碰而不能向上方移動，因而就將水平系緊銷從切口強行拉出，使研磨工具和工具夾脫離。特別是由于水平狹縫是沿狹縫縱長方向傾斜地延伸的，因而一對水平系緊銷是一個一個地依次通過水平狹縫，即，水平系緊銷是一個一個地從切口被強行地拉出。這樣，作用在左右各個水平系緊銷上的強行拉力就比水平狹縫是水平地延伸、而且將一對水平系緊銷同時從切口強行拉出時作用在左右各個水平系緊銷上的強行拉力大，因此各個水平系緊銷的強行拉出能平滑地進行。
本發明第六方面的金屬模研磨裝置的研磨工具自動替換方法，在使裝在金屬模研磨加工用多軸機械手的臂前端上并與臂內的心軸成一體地回轉的研磨工具一邊壓在金屬模的被研磨面上、一邊沿被研磨面行進地研磨被研磨面的金屬模研磨裝置中。
上述心軸的前端部設置具有左右一對水平系緊銷從垂直桿突出的T字形工具夾，這垂直桿是與心軸同軸地形成一體的；在上述研磨工具上設置一對能容許上術水平系緊銷從上方壓入結合并能向上方強行拉出的切口；在固定被研磨的金屬模的金屬模放置區域附近、設置使多個研磨工具切口向上地按規定間隔配置的工具存放處和具有水平狹縫的工具脫離臺，其中水平狹縫的寬度比所述工具夾的垂直桿的外徑大而比研磨工具的外徑小；使水平系緊銷從上述工具脫離臺的水平狹縫的下方向上方地通過，由此把使用過的研磨工具與工具夾脫離，此后把水平系緊銷從上述工具存放處的規定的研磨工具的上方壓入到切口里，由此把新的研磨工具裝到工具夾上。
由于在工具脫離臺上使臂上升、將使用過的研磨工具與工具夾脫離之后，在工具存放處使臂下降而將新的研磨工具裝到工具夾上，因而研磨工具的替換能自動地進行。
本發明第七方面的方法是在本發明第六方面所述的金屬模研磨裝置的研磨工具自動替換方法中，用緊固件將上述工具夾與心軸連接成一體，在上述緊固件的外筒部的外周面上設置一對與水平系緊銷相對應的工具夾周向定位檢測用的倒角部，在上述研磨工具脫離工序之前，以上述緊固件的外筒部切斷定位檢測用的光傳感器的光路之規定方式使心軸間歇地轉動，將工具夾周向定位成倒角不切斷上述光路的規定位置(水平系緊銷處于與工具脫離臺的水平狹縫和工具存放處的研磨工具的切口相對應的位置)。
一旦使心軸(緊固件)間歇地轉動則每次使心軸(緊固件)靜止時，緊固件的倒角部的位置就沿周向變化。這樣，在光傳感器的光路被緊固件的外筒部外周面切斷的形態(光傳感器的光束被緊固件的外筒部外周面擋開的形態)下，使心軸(緊固件)間歇地轉動，將工具夾(水平系緊銷)周向定位成倒角部處于不會切斷光傳感器的光路的位置(不會擋開光傳感器的光束的位置)，由此就能把水平系緊銷定位在與工具脫離臺的水平狹縫和工具存放處上的研磨工具的切口相對應的位置上。
附圖的簡要說明如下
圖1是表示作為本發明一個實施例的金屬模研磨裝置的整體結構的立體圖；圖2是表示用在上述裝置中的金屬模研磨加工用的多軸機械手的立體圖；圖3是設置在上述機械手臂上的心軸周邊結構的斷面圖；圖4是說明金屬模研磨工序中的研磨工具的動作的圖；圖5是表示被研磨面(曲面)上的相對于金屬模研磨加工用的多軸機械手的指示點的立體圖；圖6A、圖6B是表示研磨工具在被研磨面(曲面)上的動作的立體圖；圖7是表示被研磨(平面)上的相對于金屬模研磨加工用的多軸機械手的指示點的立體圖；圖8A、圖8B是表示研磨工具在被研磨面(平面)上的動作的立體圖；圖9是工具夾和研磨工具的立體圖；圖10是表示設置在研磨工具上的切口的圖；圖11是表示研磨工具自動替換機構的整體結構的立體圖；圖12A是研磨工具脫離工序的說明圖(表示研磨工具的一側就要碰到水平切縫側緣部之前的狀態的斷面圖)；圖12B是研磨工具脫離工序的說明圖(表示研磨工具的一側碰到水平切縫側緣部、研磨工具傾斜到水平桿最大傾斜位置的狀態的斷面圖)；圖12C是研磨工具脫離工序的說明圖(表示一側的水平系緊銷從切口脫離、另一系緊銷也要從切口脫離之前的狀態的斷面圖)；圖13是說明水平系緊銷的周向定位檢測機構的作用的圖；圖14是說明機械手的臂前端的環形夾的動作的立體圖；圖15是表示研磨工具自動替換機構的從研磨工具脫離工序直到安裝工序的流程圖。
下面，參照著附圖來說明本發明的實施例。
圖1～圖15示出了本發明的一實施例，圖1是表示作為本發明一個實施例的金屬模研磨裝置的整體結構的立體圖；圖2是表示用在上述裝置中的金屬模研磨加工用的多軸機械手的立體圖；圖3是設置在上述機械手臂上的心軸周邊結構的斷面圖；圖4是說明金屬模研磨工序中的研磨工具的動作的圖；圖5是表示被研磨面(曲面)上的相對于金屬模研磨加工用的多軸機械手的指示點的立體圖；圖6A、圖6B是表示研磨工具在被研磨面(曲面)上的動作的立體圖；圖7是表示被研磨(平面)上的相對于金屬模研磨加工用的多軸機械手的指示點的立體圖；圖8A、圖8B是表示研磨工具在被研磨面(平面)上的動作的立體圖；圖9是工具夾和研磨工具的立體圖；圖10是表示設置在研磨工具上的切口的圖；圖11是表示研磨工具自動替換機構的整體結構的立體圖；圖12A是研磨工具脫離工序的說明圖(表示研磨工具的一側就要碰到水平切縫側緣部之前的狀態的斷面圖)；圖12B是研磨工具脫離工序的說明圖(表示研磨工具的一側碰到水平切縫側緣部、研磨工具傾斜到水平桿最大傾斜位置的狀態的斷面圖)；圖12C是研磨工具脫離工序的說明圖(表示一側的水平系緊銷從切口脫離、另一系緊銷也要從切口脫離之前的狀態的斷面圖)；圖13是說明水平系緊銷的周向定位檢測機構的作用的圖；圖14是說明機械手的臂前端的環形夾的動作的立體圖；圖15是表示研磨工具自動替換機構的從研磨工具脫離工序直到安裝工序的流程圖。
在這些附圖中，金屬模研磨裝置的整體結構如圖1所示，主要由下列構件組成上面設置著金屬模放置區域12的機架10、將基端部固定在機架10上的金屬模研磨加工用的多軸機械手20、固定在機架10的前面側并設有電源開關、起動開關、停止開關、復位開關等的機械手控制用的控制器13、設置在機架10上的金屬模放置區域12附近的研磨工具自動替換機構40。
如圖2所示，機械手20由額定輸出功率為譬如80W以下的6軸控制機械手構成，其臂的前腕22能分別圍繞著第一肘節間軸(P軸)、第二肘節間軸(T軸)T、肘彎軸(E)軸，肩軸(S軸)和腰軸(W軸)而轉動，而且與臂的前腕22成一體的氣動軸24的心軸25能圍繞著肘滾軸(R軸)回轉。
而且氣動軸24的心軸25能由裝在其中的氣動馬達的作用而回轉驅動，并且由氣缸26的作用使心軸25靠向軸向前方，由此使裝在心軸25上的研磨工具35以一定壓力壓接在金屬模的被研磨面上，對被研磨面進行研磨。另外，心軸25的轉速和沿軸向的靠接力可分別由設置在機械手20附近的氣動馬達用的調節器14、氣缸用的調節器16加以調整。
即、在控制器13，如圖5、圖6A、圖6B中的符號A～F和圖7、圖8A、圖8B中的符號A～D所示，金屬模60的被研磨面62(參照圖4)上，作為機械手20的臂的前腕22行進基準點的指示點由小型計算機18輸入，支承在臂前腕22上的研磨工具35在壓接在金屬模60的被研磨面62上的狀態下，被控制成讓該研磨工具35依次通過指示點。
圖4～圖6A、圖6B和圖7、圖8A、圖8B分別表示金屬模的被研磨面是曲面的情況和金屬模的被研磨面是平面的情況，圖6A、圖8A表示使研磨工具沿縱向行進的狀態，圖6B、圖8B表示使研磨工具沿橫向行走的狀態。而且如圖4所示、裝在氣動軸24的心軸25上的研磨工具35是將心軸25保持成與被研磨面62垂直的狀態下，在曲面狀的被研磨面62上、從點A到點B沿直線移動，但是，由氣缸26的作用而靠向軸向前方的研磨工具35總是保持在與被研磨面62壓接的狀態下而行進的。
氣動軸24的心軸25的前端部如圖3所放大顯示地從支承在臂的前腕22上的心軸殼體24a呈中空圓筒狀地向前方突出，楔形彈簧筒夾27被容納在向前方突出的圓筒部25a內，圓筒部25a的外周面上形成有陽螺紋25b，而且與內周面形成有陰螺紋28a的圓筒狀系緊螺母28擰緊，把構成研磨工具夾的環形夾30(的垂直桿31)把持成一體。即、心軸25的向前方突出圓筒部25a和楔形彈簧筒夾27以及系緊螺母28做成作為結合件的彈簧筒夾機構26，由它將環形夾30(的垂直桿31)與心軸25連接成一體。
環形夾30如圖3、圖9、圖10、圖12A、圖12B、圖12C所示，圓形斷面的細長垂直桿31的前端部被形成叉形，在這叉形前端31a上、矩形斷面的短的水平桿32被做成相對垂直桿31能傾斜地由銷連接的T字形(參照圖12A、圖12B、圖12C)。在水平桿32的兩端分別設置著圓形斷面的水平系緊銷33、33。圖12A、圖12B、圖12C中的符號34表示將水平桿32連接到垂直桿的前端部31a上的連接銷，水平桿32(水平系緊銷33)能相對于垂直桿31傾斜±θ2角。
在作為緊固件的緊固螺母28的外周面上，如圖9、圖13所示，形成一對相對向的倒角部28a、28a，它們用于檢測環形夾的周向定位，使水平桿32(水平系緊銷33、33)沿周向處于與倒角部28a、28a相對應的位置地用彈簧筒夾機構26將環形夾30與心軸25連接成一體。
另一方面，研磨工具35的結構則如圖9、圖10、圖12A、圖12B、圖12C所示，借助合成樹脂制的基板39a將圓盤狀的研磨構件39與做成圓筒形的合成樹脂制的研磨構件保持環36的下端部粘接成一體，在保持環36的側壁上設置著一對切口37，它們允許環形夾30的水平系緊銷33從上方壓入結合，并允許將其強行向上拉拔。
即，在切口37上的系緊銷被壓入側形成捆緊部38，它的幅度d2比系緊銷33的外徑d1狹窄(即d2＜d1)，由這捆緊部38防止與切口37結合的系緊銷33的脫出，使研磨工具35處于裝在環形夾30上的狀態。但做成隨著水平系緊銷33壓入到切口37里或者從切口37強行撥出，捆緊部38能向擴大方向彈性變形，使水平系緊銷38能平滑地壓入到切口37里或從切口37平滑地脫出。
捆緊部38的系緊銷導入部38a做成V字形，這個V字形的系緊銷導入部38a能使壓入的水平系緊銷33沿著導引到切口37里的方向滑動，使水平系緊銷3容易壓入到切口37里；而且能使從切口37中拔出的水平系緊銷33沿著逃脫方向滑動，具有使水平系緊銷33容易從切口37脫出的作用。
由于在水平系緊銷33處于與研磨工具35的切口37相結合的狀態下，水平桿32(系緊銷33)能相對于垂直桿31上下地傾斜，而且能相對于切口37相對轉動，因而環形夾30和切口37就協同地構成萬向接頭J(參照圖3)。
研磨工具自動替換機構40主要由下列構件組成設置在金屬模研磨裝置的機架10的右側角、如圖11所示地使切口37朝上、將多個研磨工具35沿左右方向(從機架10的正面側看到的左右方向)等間隔地配置的作為工具存放處的工具臺41；具有幅度做成比環形夾30的垂直桿31(的叉狀前端部31a)的外徑大但比研磨工具35(保持環36)的外徑小的水平縫隙47的工具脫離臺45；作為檢測環形夾30在周向上定位的定位檢測機構的一對發光、受光傳感器48、49。
在工具臺41上沿左右方向等間隔地設有13個工具容納孔42，除了左右方向中央(從左起第7個孔)的孔42外，在左右各6個孔42中分別容納著研磨工具35(35A～35F,35A′～35F′)。這時，右邊一半的研磨工具35(35A′～35F′)是備用的研磨工具，它在左邊一半的研磨工具35(35A～35F)不能裝到環形夾30上的場合下的使用。
在各個工具容納孔42的周緣部都附設著一對標記43、43，用來表示被容納在孔42中的研磨工具35的一對切口37、37的位置，使切口37和上述標記43一致地將所有的研磨工具35容納在孔里。
接著用發光、受光傳感器48、49將水平系緊銷33定位成與標記43(切口37)相對應，使這樣定位了的環形夾30從規定的研磨工具5的上方降下，經過將水平系緊銷33壓入并結合到切口37里，就能把研磨工具35裝到環形夾30上。
雖然研磨工具35無論哪一個都是同樣大小，但其研磨作用各自不同，在研磨工具組35A～35F和研磨工具組35A′～35F′中，越往左側的研磨工具，其研磨構件39的目越粗，越往右側的研磨工具，其研磨構件39的目越細。即、從左側到右側依次地使研磨作用減小地排列研磨工具35，在研磨工具35A和35A′、35B和35B′、35C和35C′……等各組具有相同的研磨作用情況下，研磨工具組35A～35F和備用研磨工具組35A′～35F′相對應。把工具臺41上的研磨工具35A～35F從左側依次裝到環形夾30上而加以使用，就能由此將金屬模的被研磨面一直磨削成鏡面。
工具脫離臺45由設有水平狹縫47的梯形狀箱形座46構成，上述狹縫47是與工具臺41的縱長方向相垂直地延伸(與一對標記43、43的連接線的方向L1相平行地延伸)的；裝有研磨工具35的環形夾30在水平狹縫47向上方橫切地通過時，由狹縫側緣部47a將研磨工具35摘落。即，使裝著研磨工具35的將水平系緊銷33與水平狹縫47平行地定位的環形夾30從水平狹縫47向上方通過時，由于幅度比水平狹縫47的狹縫幅度大的研磨工具35碰到狹縫側緣部47a而不能向上方移動，因而使水平系緊銷33從切口37處被強行拉拔，能使研磨工具35從環形夾30脫離。
另外，水平狹縫47是前方較低、后方較高地傾斜，如圖12A、圖12B、圖12C所示，這個傾斜角θ1比水平桿32相對于垂直桿31的最大傾斜角θ2還大。因此在環形夾30向上方橫切過水平狹縫47地通過時，一對水平系緊銷33中的每一個依次通過水平狹縫47，將水平系緊銷33中的每一個從切口37中強行地拉出。這樣，作用在各個水平系緊銷35上的強行拉力比水平狹縫水平地延伸、而且一對水平系緊銷同時從切口強行拉出時作用在各個水平系緊銷上作用的強行拉力大，因此用較小的力就可將研磨工具35與環形夾30脫開，研磨工具脫開時作用在機械手上的反作用力也就較小。
下面，參照圖12A、圖12B、圖12C來說明裝著研磨工具35的環形夾30通過水平狹縫47時，從環形夾30脫離的情況。
當環形夾30從水平狹縫47的下方向上方上升時，如圖12A所示，研磨工具35(保持環36)的一側與水平狹縫側緣部47a相碰。接著，隨著環形夾30的上升，如圖12A的空白拉拔箭頭所示，由水平狹縫側緣部47a的作用，將研磨工具35(保持環36)的一側壓向下方，如圖12B所示地將研磨工具35化斜到相對于垂直桿31而言、水平桿32的傾斜變得困難的萬向接頭J的最大傾斜位置。當環形夾30進一步上升時，如圖12C所示，隨著環形環30的上升，一側的水平系緊銷33從切口37中被強行地拉出，接著，另一側的水平系緊銷33也從切口37被強行拉出，使研磨工具35與環形夾30脫開。
作為環形夾定位檢測機構一對發光、受光傳感器48、49左右對向地配置在工具脫離臺45和工具臺41的附近，發光、受光傳感器48、49之間的光束的光路L與工具脫離臺45的水平狹縫47的延伸方向以及工具臺41的一對標記43、43形成方向(與容納在工具臺41上的研磨工具35的一對切口37、37相對應的方向)L1相垂直。
而且如圖13所示，使緊固螺母28的外周面切斷發光、受光傳感器48、49的光束的光路L地使環形夾30處于鉛直位置，使氣動軸24(心軸25)間歇地轉動，如圖13的虛線所示，可使倒角部28a與光路L平行而處于不切斷光束的周向一定位置(即水平系緊銷33的延伸方向與工具脫離臺45的水平狹縫47的延伸方向及對應于工具臺41的工具容納孔42周緣的標記43的方向L1相平行的位置)地將環形夾30(水平系緊銷33)定位在周方向上。
即、如圖13的實線所示，在緊固螺母28的外周面切斷發光傳感器48的光束的光路L的狀態(即緊固螺母28的外周面擋開發光傳感器48的光束的狀態)下，在使心軸25(緊固螺母28)間歇轉動時，每當心軸25靜止時，緊固螺母28的倒角部28a的位置就沿周向發生變化。而且如圖13虛線所示，在倒角部28a處在不切斷光路L的位置時(即緊固螺母28的外周面不擋開發光傳感器48的光束時)，水平系緊銷33處于與工具脫離臺45的水平狹縫47及工具臺41的工具容納孔42周緣的標記43相對應的位置。
因此，通過使心軸25(緊固螺母28)間歇轉動到受光傳感器49能接收到從發光傳感器48發出的光束為止，就能將環形夾30(水平系緊銷33)周向定位，從而把水平系緊銷33定位在與工具脫離臺45的水平狹縫47或工具臺41的研磨工具的切口37相對應的位置上。
然后，由發光、受光傳感器48、49定位了的環形夾30在工具脫離臺45上，讓使用過的研磨工具35脫離，接著在工具臺41上把新的研磨工具35裝上。
符號50是設置在工具脫離臺45附近的水平桿調整臺，在工具脫離工序之后、工具安裝工序之前，將環形夾30的前端部從上方壓緊在水平桿調整臺50的上端面52上，由此就能將水平桿32(水平系緊銷33)矯正成水平。
即，在工具脫離工序，有時因強行拉拔水平系緊銷33，使水平桿32(水平系緊銷33)保持在相對于水平而傾斜的狀態，當在達樣狀態下進行工具安裝工序時，就有不能使水平系緊銷33與研磨工具的切口37很好結合的可能。因此，使用水平桿調整臺50將水平桿32(水平系緊銷33)矯正成水平，從而能將水平系緊銷33在工具安裝工序順利地壓入到研磨工具35的切口37里。
圖14表示機械手的臂前端的環形夾之動作，圖中的P1～P14表示機械手的臂的移動點。這各個移動點P1～P14由計算機18輸入，記憶在控制器13里。
P1是作為研磨工具替換工序開始或結束的基準點的工具替換開始·結束點，P2是光傳感器檢測接近點、處在光傳感器48、49的光束的光路L的正上方。P3是在光傳感器檢測接近點P2正下方的工具接近確認點，用于確認緊固螺母28的中心到達光傳感器48、49的光束的光路L上、機械手的臂(環形夾)正確地進入到工具替換工序的規定位置。
P4是從工具接近確認點P3向前方水平移動規定量(約相當于緊固螺母28的半徑)、形成緊固螺母28的外周面切斷光傳感器48、49的光束的光路L之狀態(參照圖13)的工具定位點，可間歇地轉動氣動軸24(心軸25)而使環形夾30(水平系緊銷33)周向定位。
P5是位于工具定位點P4前方的工具脫離第一接近點，P6是與工具脫離臺45的水平狹縫47的入口正對的工具脫離第二接近點，環形夾30的垂直桿31和水平狹縫47正對。P7是與工具脫離臺45的水平狹縫47的入口相對應的點，裝在環形夾30上的研磨工具35處于水平狹縫47下方的位置。P8是與水平狹縫47的出口相對應的點、通過將環形夾30從這位置向正上方上升，就能借助水平狹縫側緣部47a將研磨工具35摘下，使其與環形夾30脫開。
P9是水平桿修正第一接近點，P10是水平桿調整臺50正上方的水平桿修正第二接近點，從這第二接近點P10開始使臂下降到水平桿修正點P11，將環形夾30前端部壓接在水平桿調整臺50上、將水平桿32(水平系緊銷33)矯正成水平。
P12是與工具臺41相接近的工具安裝接近點，P13(P13a、P13b、P13c、P13d、P13e、P13f)是工具安裝點，P13(P13a、P13b、P13c、P13d、P13e、P13f′)是備用工具安裝點。
P14是處于光傳感器檢測接近點P2的正下方的工具安裝確認點，用來確認環形夾30上所裝的研磨工具35進入到光傳感器48、49的光束的光路L上、確實裝有研磨工具35。這個工具安裝確認點P14是處在工具接近確認點P2稍稍上方的位置上。
這樣，按照從P1→P2→P3→…P11→P12→P13→P2→P14→P2→P1的順序依次移動機械手的臂(上所支承的環形夾30)，就能使裝在環形夾30上的使用過的工具脫離，而且能將新的工具裝到環形夾30上。
下面，參照圖15說明研磨工具自動替換機構40的工具替換處理的流程。
首先，在步驟S1，使將使用過的研磨工具裝在環形夾30上的臂移動到工具替換開始·結束點P1。接著，在步驟S2使臂經過光傳感器檢測接近點P2而移動到工具接近確認點P3、由光傳感器48、49判別臂(環形夾)是否正確地進入到工具替換工序的規定位置，若是YES，則進行步驟S3、使臂移動到工具定位點P4，此后進行步驟S4。
另一方面，在步驟S2若判別為NO(即在光傳感器48、49不能確認臂存在時)，則進行步驟S16，臨時停止臂的驅動。然后在步驟S17使臂的姿勢沿前后、上下、左右移動規定量，在步驟S18使臂再開始驅動，經步驟S2而進行步驟S4。
在步驟S4，使氣動軸24(心軸25)轉動規定量，在步驟S5，由光傳感器48、49判別緊固件28的倒角部28a是否處在合適位置上。即在步驟S4和S5、使氣動軸24間歇地轉動到受光傳感器49成為接受從發光傳感器48發出的光束的狀態，由此將環形夾30(的水平系緊銷33)沿周向定位。在步驟S5若判別為YES(定位好)，則進行步驟S6，使臂經過工具脫離第一接近點P5而到工具脫離第二接近點P6。接著，進行步驟S7，在工具脫離臺41上使研磨工具35脫離。即、使裝著研磨工具35的環形夾30從入口對應點P7進入工具脫離臺41內，從水平狹縫出口對應點P8向正上方上升，由此使研磨工具35與環形夾30脫離。
接著進行步驟S8，使臂經水平桿修正第一接近點P9而移動到水平桿修正第二接近點P10。進而在步驟S9，借助使臂下降，使環形夾30的前端部壓接在水平桿調整臺50上，將水平桿32(水平系緊銷33)矯正成水平。
接著，在步驟S10使臂移動到工具安裝接近點P12，在步驟S11從位于工具臺41的最左側的研磨工具35A上方降下、在工具安裝點P13處將研磨工具35a裝在環形夾30上。
接著，在步驟S12使臂經過光傳感器檢測接近點P2而到達下方的工具安裝確認點P14。然后在步驟S13，使氣動軸24(心軸25)間歇地轉動幾圈之后，在步驟S14，由光傳感器48、49判別是否裝有研磨工具35。若是YES(即如果確認裝有)，則在步驟S15使臂回歸到工具替換開始·結束點P1，結束研磨工具的替換。
另一方面，在步驟S14判別為NO的場合(不能用光傳感器48、49確認裝有研磨工具35的場合)下，進行步驟S19，使臂再次移動到工具定位點P4。接著在步驟S20使氣動軸24(心軸25)間歇地轉動，在步驟S21、與步驟S5同樣地用光傳感器48、49將環形夾30(水平系緊銷33)周向定位。若定位完好，則進行步驟S22、使臂移動到水平桿修正第二接近點P10，在步驟S23、使臂下降，由此將環形夾30的前端部壓接在水平桿調整臺50上，將水平桿32(水平系緊銷33)矯正成水平。
接著，在步驟S24使臂移動到備用工具安裝接近點(圖中沒表示)，在步驟S25，將臂(環形夾30)從研磨工具35A′的上方下降，在工具安裝點P13′將研磨工具35A′裝到環形夾30上。然后在步驟S26使臂經過光傳感器檢測接近點P2而到達工具安裝確認點P14。然后在步驟S27使氣動軸24(心軸25)間歇地轉動幾圈之后，在步驟S28由光傳感器48、49判別研磨工具35A′是否裝上。
在步驟S28若判別為YES(即確認備用研磨工具35A′已裝上的場合)，則在步驟S29使臂回歸到工具替換開始·結束點P1，使研磨工具的替換結束。另一方面，在判別為NO(即在不能確認備用研磨工具35A′已裝上的場合)，則進行步驟S29，臨時停止臂的驅動，然后進行步驟S30，由手工作業將研磨工具裝上。接著，在步驟S31用手動再次使臂驅動，這時進行步驟S15，使臂回歸到工具替換開始·結束點P1，結束研磨工具的替換。
這樣，就能在每次結束使用研磨工具35而進行的研磨作業時，自動地依次替換研磨工具35，完成使用研磨工具35A(35A′)～35F(35F′)的研磨。
在上述實施例中，金屬模研磨加工用的多軸機械手20由6軸控制機械手構成，以心軸25與被研磨面相垂直的方式沿曲面狀被研磨面62行進，但是，即使利用不會改變心軸25相對于被研磨面的姿勢的5軸控制機械手構成金屬模研磨加工用的多軸機械手20，在被研磨面是平面的場合下當然沒問題，即使被研磨面有些彎曲，由于借助萬向接頭而與心軸25相連接的研磨工具35能追隨傾斜面(被研磨面)而移動，因而也不會有任何問題。
另外，上述實施例的環形夾30的結構是水平桿32(水平系緊銷33)能相對于垂直桿31傾斜的，但在金屬模的被研磨面是平面的場合下，即使水平桿32(水平系緊銷33)的結構是與垂直桿31形成一體而不能傾斜的也沒問題。
此外，在上述實施例中、工具脫離臺41的水平狹縫47是傾斜地構成的，但只要能忍受在研磨工具的脫離中需要較大的力這一點，也可把水平狹縫47做成水平的。
由上述說明可見，若采用本發明第一方面所述的金屬模研磨裝置的研磨工具自動替換機構，則由于能以簡單的結構，把研磨工具自動地裝到工具夾上并能自動地卸下，因而能縮短金屬模研磨工序。
若采用本發明第二方面所述的裝置，由于研磨工具能確實地追隨被研磨面的形狀，因而即使被研磨面有些彎曲也可進行高精度研磨。
若采用本發明第三方面所述的裝置，由于能把水平系緊銷平滑地壓入切口并能平滑地從切口強行拉出，因而能確實地將研磨工具裝到環形夾上并能確實地使其脫離，能無故障地完成金屬模研磨工序。
若采用本發明第四方面所述的裝置，由于使緊固件與心軸成一體地間歇轉動、利用使用例如發光、受光傳感器的位置檢測機構對設置在緊固件外筒部的外周面上的倒角進行檢測，使倒角部(水平系緊銷)和工具存放處上的研磨工具之切口及工具脫離臺上的水平狹縫相對應地將工具夾定位，因而能平滑地將水平系緊銷壓入到切口里，并能平滑地從切口強行拉出，能確實地完成研磨工具的安裝和卸脫。
若采用本發明第五方面所述的裝置，由于能隨著臂(環形夾)的上升，確實地把水平系緊銷一個個地從切口強行拉出，因而用稍許力就能確實地將研磨工具脫離。
若采用本發明第六方面所述的金屬模研磨裝置的研磨工具自動替換方法，由于研模工具的替換是自動進行的，因而能縮短金屬模研磨工序所需要的時間，而且直到金屬模研磨工序結束，作業人員都可以不在研磨現場，能提高作業人員的工作效率和金屬模的生產效率。特別是在通宵而且無人在場地進行金屬模研磨工序時，能顯著提高金屬模的生產效率。
若采用本發明第七方面所述的方法，由于在研磨工具脫離工序之前就能把水平系緊銷定位在與工具脫離臺的水平狹縫或工具存放處上的研磨工具的切口相對應的位置上，因而能無故障地完成研磨工具的自動替換，能提高金屬模的生產效率。
權利要求
1．一種金屬模研磨裝置的研磨工具自動替換機構，它是使裝在心軸上并與心軸成一體地回轉的研磨工具一邊壓在金屬模的被研磨面上、一邊沿被研磨面行進地研磨被研磨面的，所述心軸是設置在金屬模研磨加工用的多軸機械手的臂上的，其特征在于在所述心軸的前端部設置有左右一對水平系緊銷從垂直桿突出的T字形的工具夾，這垂直桿與所述心軸同軸地形成一體；在所述研磨工具上設置著一對能容許所述水平系緊銷從上方壓入結合并能向上方強行拉出的切口；在固定被研磨的金屬模的金屬模放置區域附近設有將多個研磨工具切口向上地按規定間隔配置的工具存放處和具有水平狹縫的工具脫離臺，所述水平狹縫的寬度比所述工具夾的垂直桿的外徑大，但是比研磨工具的外徑小；通過將水平系銷從上方壓入到工具存放處的規定的研磨工具的切口里，將研磨工具裝到工具夾上，通過使水平系緊銷從工具脫離臺的水平狹縫的下方向上方地通過而使研磨工具與工具夾脫離。
2．如權利要求1所述的金屬模研磨裝置的研磨工具自動替換機構，其特征在于所述T字形工具夾的設有所述水平系緊銷的T字橫棒狀部借助銷相對于垂直桿可傾斜地被連接，在所述水平系緊銷和所述研磨工具的切口相結合的狀態下，工具夾和切口協動構成萬向接頭。
3．如權利要求1或2所述的金屬模研磨裝置的研磨工具自動替換機構，其特征在于所述研磨工具由圓筒形合成樹脂制研磨構件保持環構成，該保持環把研磨構件保持在下端部、側壁上相對向地形成有所述切口；在所述切口的系緊銷被壓入側形成寬度比系緊銷的外徑還狹窄的捆緊部，而且將所述捆緊部的系緊銷導入部做成V字形。
4．如權利要求1～3中任意一項所述的金屬模研磨裝置的研磨工具自動替換機構，其特征在于所述工具夾是用緊固件與所述心軸連接成一體的，在所述緊固件的外筒部的外周面上設置著一對與所述水平系緊銷相對應的倒角部，所述倒角部是用于檢測所述工具夾的周向定位的。
5．如權利要求1～4中任意一項所述的金屬模研磨裝置的研磨工具自動替換機構，其特征在于所述工具脫離臺的水平狹縫是沿著狹縫縱長方向傾斜的，以便在所述水平系緊銷從水平狹縫的下方向上方通過時，一對水平系緊銷具有時間差地通過水平狹縫。
6．一種金屬模研磨裝置的研磨工具自動替換方法，它是使裝在心軸上并與心軸成一體地回轉的研磨工具一邊壓在金屬模的被研磨面上、一邊沿被研磨面行進地研磨被研磨面的，所述心軸是設置在金屬模研磨加工用的多軸機械手的臂上的，其特征在于在所述心軸的前端部設置有左右一對水平系緊銷從垂直桿突出的T字形工具夾，這垂直桿與所述心軸同軸地形成一體；在所述研磨工具上設置一對能容許所述水平系緊銷從上方壓入結合并能向上方強行拉出的切口；在固定被研磨的金屬模的金屬模放置區域附近、設置使多個研磨工具切口向上地按規定間隔配置的工具存放處和具有水平狹縫的工具脫離臺，該水平狹縫的寬度比所述工具夾的垂直桿的外徑大，但比所述研磨工具的外徑小；使所述水平系緊銷從所述工具脫離臺的水平狹縫的下方向上方地通過，由此把使用過的研磨工具與所述工具夾脫離，此后把所述水平系緊銷從所述工具存放處的規定的研磨工具的上方壓入到切口里，由此把新的研磨工具裝到所述工具夾上。
7．如權利要求6所述的金屬模研磨裝置的研磨工具自動替換方法，其特征在于所述工具夾利用緊固件與心軸連接成一體，在所述緊固件的外筒部的外周面上設置一對與所述水平系緊銷相對應的工具夾周向定位檢測用的倒角部，在所述研磨工具脫離工序之前，以所述緊固件的外筒部切斷定位檢測用的光傳感器的光路之規定方式使心軸間歇地轉動，將所述工具夾周向定位成所述倒角部不切斷所述光路的規定位置(水平系緊銷處于與工具脫離臺的水平狹縫和工具存放處的研磨工具的切口相對應的位置)。
全文摘要
一種金屬研磨裝置的研磨工具自動替換機構和自動替換方法。在把裝于機械手的臂的心軸上的研磨工具壓在金屬模的被研磨面上、使其沿被研磨面行進地研磨被研磨面的研磨裝置中,在心軸的前端部設置T字形工具夾,在研磨工具上設一對切口,在金屬模放置區域附近,設有工具存放處(臺)和工具脫離臺,使臂上升,并使研磨工具與夾脫離之后,讓臂(夾)從工具存放處的研磨工具上方下降,將研磨工具裝在夾上,從而自動地替換研磨工具。
文檔編號B25J15/04GK1232735SQ9910087
公開日1999年10月27日 申請日期1999年2月12日 優先權日1998年2月13日
發明者常葉晉 申請人:株式會社小系制作所