超磨粒设置设备的制作方法

专利名称：超磨粒设置设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于将超磨粒安装在制造模具上的超磨粒设置设 备，所述制造模具用于在诸如砂轮、整形工具、修整工具等之类磨具的 制造过程中将超磨粒布置在这种磨具的研磨面上。
背景技术：
在制造诸如砂轮、整形工具、修整工具等之类磨具的过程中，经常 遇到的情况是利用诸如金刚石、CBN (立方氮化硼)等之类*粒来形 成磨具的研磨面。在这种情况下，磨具应具有均匀布置的超磨粒以使研 磨面能够在研磨操作中没有任何局部不均衡地研磨工件。为此，在制造 磨具的过程中，采用一种所谓的"颗粒转移方法"，在这种方法中将布 置在凹型制造模具的内表面上的超磨粒转移到凸型磨具的外研磨面上， 而将布置在凸型制造模具的外表面上的超磨粒转移到凹型磨具的内研 磨面上。已经实施借助于以与超磨粒应该设置在磨具的研磨面中相同的 图案或排列布置超磨粒的方式来在用来形成磨具的研磨面的制造模具 的模具表面上形成磨粒层。将超磨粒设置在制造模具上是一项需要精确 性的作业，并且迄今为止都是由熟练技工手工进行的。然后，由于该作 业是对精确作业步骤进行固定的重复，因此为了使效率和生产率更高， 已考虑图21所示的超磨粒设置机器人100。在超磨粒设置机器人1Q0 中，吸嘴102设置为可通过移动机构(未示出)而沿水平方向和竖直方 向移动，并且作为制造模具的碳质模具CW由夹持机构(未示出)支撑 以便可绕其轴线旋转并能够以期望的倾斜角度上下进行调整的方式放 置。在该现有技术系统中，首先，使碳质模具CW如图22所示地向上 倾斜以使碳质模具CW的安装面水平放置，然后如图23所示地使吸嘴 102水平前进以将超磨粒D放置于安装面的最右端，并且如图24所示地使吸嘴102竖直下降以将每个超磨粒D安装在安装面上。
用于磨具的碳质模具CW的形成在碳质模具CW中的孔的开口直径 可能会较小或者碳质模具CW可能依赖于要制造的工具的形状而将陡 峭的斜锥形表面、很小的圆形表面、深沟槽或凹槽等作为安装面。然而， 在公知的超磨粒设置机器人系统中，不能够同时执行碳质模具CW的倾 斜运动和吸嘴102的前进运动，并且也不能够执行吸嘴沿倾斜向下方向 的移动操作。由此，例如如图25所示，当碳质模具CW倾斜、然后吸 嘴102直线前进时，有时候与吸嘴102的安装操作发生干涉，其中吸嘴 102撞击碳质模具CW的端面或者除吸嘴102的末端外的任意其它部分 与碳质模具CW的突出部接触。因此，该公知设置机器人系统不能够对 应该在其上布置超磨粒D的表面形状复杂的碳质模具CW进行作业， 并且有时候不能执行设置作业。这自然导致需要人手在碳质模具上的不 可能由公知设置机器人系统完成的部分上执行设置而作为单独的作业 步骤。

发明内容
因此本发明的主要目的是提供一种改进的超磨粒设置设备，其能够 对具有形状复杂的表面的制造模具执行设置作业。
简而言之，根据本发明，提供一种用于布置超磨粒的超磨粒设置设备， 该超磨粒设置设备用来在用于制造磨具的制造模具的表面上形成所述磨 具的研磨面。该设备包括夹持和提升机构，其用于夹持以水平状态放置 的所述制造模具并用于将所述制造模具转动至竖立位置以便使所述制造 模具的轴线水平延伸；以及六轴控制机器人，其包括带有三个受控轴的基 臂机构和带有附连至所述基臂机构的三个受控轴的腕部单元，其中所述腕 部单元的三个受控轴包括第六轴，所述第六轴用于使端臂绕所述笫六轴 自身的轴线转动；与所述第六轴相交的第五轴，所述第五轴用于4吏所述端 臂和所述第六轴绕其自身的轴线枢转；以及笫四轴，所述笫四轴用于4吏所 述端臂、所述笫六轴和所述第五轴绕所述第四轴自身的与所述第五轴相交 的轴线转动，并且其中所述基臂机构的三个受控轴包括第三轴，所述第 三轴与所述第四轴相交而水平延伸；第二轴，所述第二轴平行于所述第三 轴延伸；以及第一轴，所述第一轴包括以可枢转方式支撑所述第二轴的旋 转构件，以用于使所述旋转构件绕自身的沿竖向延伸的轴线转动。所述i殳 备进一步包括超磨粒供给装置，所i^磨粒供给装置设置有用于储存所述超磨粒的颗粒储存器和用于将储存在所述颗粒储存器中的超磨粒逐一分
离至吸附位置的颗粒分离机构；以及吸嘴，其以可拆卸方式安装在所述六 轴控制机器人的端臂上并设置有弯曲而具有吸嘴端的鼻部，所述吸嘴端偏 离所述第五轴及所述第六轴，所述鼻部用于在吸附位置将超磨粒吸附至所 述吸嘴端。
利用这种结构，安装在所述六轴控制机器人的端臂上的吸嘴将由所 述超磨粒供给装置逐一供给的超磨粒吸至吸嘴的吸嘴端。然后，每个由 所述吸嘴保持的超磨粒从所述制造模具的一侧设置在被所述夹持和提 升机构夹持并提升至竖立位置以更容易地设置的制造模具上。在这种设 置作业中，需要在使所述吸嘴的鼻部的轴线垂直于所述制造模具的安装 面延伸的情况下将每个超磨粒推压到所述安装面上。在现有技术的设置 装置中，难以同步控制制造模具的倾斜运动和吸嘴沿竖直方向及前后方 向的运动，因此，当除所述吸嘴的吸嘴端外的任意其它部分与所述制造 模具的突出部接触时，在所述设置作业中发生干涉。
然而，在本发明中，例如以如下方式执行所述设置作业。首先，在 所述制造模具的正面前方确定基准位置，吸附有超磨粒的吸嘴应定位于 该位置。在确定所述基准位置后，控制所述六轴控制机器人在所述吸附 位置从所述颗粒储存器吸取超磨粒并返回至所述基准位置。然后，使带 有超磨粒的吸嘴沿与竖直方向和左-右方向中的任一个方向倾斜的方向 (即，沿着沿假想圆锥上的斜边的方向)移动至非常接近所述制造模具 的安装面的位置。通过控制绕所述第一轴至第五轴中的一部分或全部的 转动来完成该线性运动。然后，通过控制所述第六轴、第五轴和第四轴 等之中的一个或多个轴的转动来使所述吸嘴的弯曲鼻部的轴线定向为 垂直于所述安装面，并且通过沿所述弯曲鼻部的轴线移动所述吸嘴来将 喷嘴上的超磨粒推压到所述安装面上。也是通过控制所述机器人的第一 轴至第五轴中的一个或多个轴来完成该推压运动。在完成超磨粒的安装 后，吸嘴移动至所述超磨粒供给装置，将另一个超磨粒吸附至其吸嘴端 并移动至所述基准位置。此后，以与上述相同的方式经360度角跨越整 个圆周面在所述制造模具的安装面上执行设置。这样，可以通过对沿着 倾斜方向的线性运动进行的简化控制操作来完成每次设置。
进一步地，在所述制造模具釆取具有开口直径小的孔的圆柱形形状 的情形下，可通过另一种筒化的控制操作来完成每个超磨粒在所述安装面上的设置，其中所述吸嘴通过平行于所述制造模具的轴线的运动进入 所述孔，然后沿吸嘴的鼻部的轴线移动，从而不会引起所述吸嘴的任何 部分与所述制造模具的任何突出部接触。
进一步地，由于所述吸嘴的鼻部弯曲地偏离所述第五轴和第六轴， 所以可通过在所述吸嘴的弯曲鼻部处跨过所述制造模具的突出部来消 除吸嘴与制造模具的接触。进一步地，由于在使吸嘴的附连至所述机器 人的端臂上的基端部分与制造模具的轴线几乎平行的情况下执行安装 作业，所以可防止在设置作业中发生吸嘴与制造模具的突出部接触而引 起的干涉。此外，通过转动所述第六轴、第五轴和第四轴等中的一部分 或全部，可以在不使制造模具绕其轴线转动的情况下与现有技术的设置 系统的方式一样地沿制造模具的内表面或外表面安装超磨粒。因此，可 提高设置作业的自动化程度。


通过连同附图参考本发明的优选实施方式，可容易地理解并且更好 地理解本发明的前述及其它目的以及许多伴随的优点，其中在几幅图中
始终用相同的参考标号表示相同或相应的部件，并且在所述附图中
图l是示出根据本发明的一个实施方式中的超磨粒设置设备的示意 性结构的平面图2是该实施方式中的超磨粒设置设备的侧视图3是包括在超磨粒设置设备中的装载台装置的剖视图4是包括在超磨粒设置设备中的夹持和提升装置的侧视图5是示出包括在超磨粒设置设备中的颗粒供给装置以及吸嘴的操 作状态的側视图6是示出在超磨粒设置设备中的制造模具上的设置状态的立体
图7是示出在超磨粒设置设备中确定制造模具的基准面和孔中心的 方式的立体图8是在超磨粒设置设备中使用的直角吸嘴的侧视图;图9是在超磨粒设置设备中使用的短鼻緩角吸嘴的侧视图； 图IO是在超磨粒设置设备中使用的长鼻緩角吸嘴的侧视图； 图11是用于控制超磨粒设置设备的系统控制器的示意性方框图； 图12是示出吸嘴的末端在设置操作中沿其移动的路径的图； 图13是用于示出利用直角吸嘴的设置操作中的一种状态的说明图； 图14是用于示出利用直角吸嘴的设置操作中的另一种状态的说明
图15是用于示出利用直角吸嘴的设置操作中的再一种状态的说明
图16是用于示出利用直角吸嘴的设置操作中的又一种状态的说明
图17是用于示出利用长鼻緩角吸嘴从小直径开口侧设置的操作中 的一种状态的说明图18是用于示出利用直角吸嘴从小直径开口侧设置的操作中的另
一种不同状态的说明图19是用于示出利用直角吸嘴从小直径开口侧设置的操作中的又 一种不同状态的说明图20是用于示出利用直角吸嘴从小直径开口侧设置的操作中的再 一种不同状态的说明图21是用于示出现有技术设置设备中利用直角吸嘴的设置操作中 的一种状态的说明图22是用于示出现有技术设置设备中利用直角吸嘴的设置操作中 的另一种状态的说明图23是用于示出现有技术设置设备中利用直角吸嘴的设置操作中 的再一种状态的说明图24是用于示出现有技术设置设备中利用直角吸嘴的设置操作中的又一种状态的说明图；以及
图25是用于示出现有技术设置设备中利用直角吸嘴从小直径开口 侧设置的操作中的一种状态的说明图。
具体实施例方式
下文中，将参照附图来说明根据本发明的一个实施方式中的超磨粒 设置设备。图l是示出超磨粒设置设备的示意性结构的平面图，并且图 2是示出超磨粒设置设备的示意性结构的侧视图。用于制造诸如砂轮、 整形工具、修整工具等之类磨具的制造模具CW例如由碳制成并采取在 相反端具有平端面的大体圆柱形形状。在该图示的实施方式中，例如在 构成凹型模具的制造模具CW的内表面上执行超磨粒的设置。
用参考标号2表示的超磨粒设置设备包括装载台装置4，其用于 将制造模具CW装载至预定夹持位置；作为夹持和提升机构的夹持和提 升装置6，其用于夹持和提升所装载的制造模具CW;超磨粒供给装置 8，其用于储存金刚石磨粒D作为已按类型分类的超磨粒并用于供给金 刚石磨粒D以使所述金刚石磨粒D如下所述地被逐一吸取；六轴控制 机器人10，其用于选择性地吸取金刚石磨粒D并用于将所述金刚石磨 粒D逐一安装在制造模具CW上；以及系统控制器37，其用于按照预 定的程序信息控制前述各种装置4、 6、 8和机器人10。
如图1和图3所示，装载台装置4包括上部台12，其采取具有弧 形相反端的长形形状；滑动机构14，其设置在上部台12的下方；多个 滑杆16，其由滑动机构14滑动，以夹持制造模具CW;以及旋转机构 18,其用于使上部台12与滑动机构14一起沿水平方向转动。在上部台 12的两个位置处形成有装载和固定部分20，并且每个部分20从图l看 以同心、逐级方式突起。在每个装载和固定部分20处形成有沿上部台 12的较短的长度方向延伸的四对导槽22。所述两个装载和固定部分20 可在制造模具CW被装载的装载位置(从图1看在右侧)与能够使夹持 和提升装置6夹住制造模具CW的夹持位置(从图1看在左侧)之间转 过180度角。向上延伸的滑杆16分别被沿导槽22引导并从导槽22突 出。四对滑杆16通过滑动机构14关于每个装载和固定部分20的中心 对称地滑动以在它们移动地彼此靠近时夹住制造模具CW。如图3所示， 滑动机构14容纳于外壳框架24中并设置有一对滑动构件26,所述外壳框架24在其上端固定于上部台12的背面上，所述一对滑动构件26可 在夹持驱动电机(未示出)的作用下通过齿轮齿条机构(未示出)滑动。 滑动构件26在其相反的端部处固定于从滑杆16向上突出的托架上。滑 杆16通过所述夹持驱动电机的操作与对称(即，向彼此离开的方向) 滑动的滑动构件26 —起滑动。
如图3所示，旋转机构18设置有旋转轴28，所述旋转轴28从上部 台12的中心向下突出。旋转轴28由轴架30经抗磨轴承(未示出)以 可旋转的方式支撑。轴架30在其基部固定于支腿架32上，所述支腿架 32借助于螺栓等固定于设备基座34上。旋转驱动电机36容纳于支腿框 架32中并经减速齿轮(未示出)耦接至旋转轴28的下端。旋转驱动电 机36的旋转可由系统控制器37控制，并且在旋转驱动电机36运转时， 上部台12可在装载位置与夹持位置之间转过180度角。
如图1和图4所示，夹持和提升机构6包括夹持机构40，其用于 夹持制造模具CW;提升机构42，其用于将夹持机构40从水平状态提 升至升起状态或竖立状态；以及作为旋转机构的水平转动机构44，其用 于使处于竖立状态的夹持机构40绕竖直轴线转动。
夹持机构40设置有一对卡盘构件46,所述卡盘构件46用于围绕在 制造模具CW的周面上的两个沿直径方向相反的部分。卡盘构件46由 两个支腿构件48固定和保持，所述支腿构件48在其底部被引导而沿彼 此靠近或彼此离开的方向移动并可通过卡紧气缸49致动，从而卡盘构 件46可通过卡紧气缸49开启和闭合。卡紧气缸49与气泵(未示出) 连通。通过设置在气泵与卡紧气缸49之间的空气连通管上的电磁阀(未 示出)来控制从气泵供给至卡紧气缸49的空气，并且所述电磁阀可由 系统控制器37控制。
卡紧气缸49固定于安装在所述两个支腿构件48的下端之间的支撑 框架50上。支撑框架50从与安装卡紧气缸49的一个端部相反的另一 个端部突出水平旋转轴51 。水平旋转轴51由旋转底架52经抗磨轴承(未 示出)支撑而可在夹持和提升装置6保持在升起位置时绕其沿竖直方向 延伸的轴线旋转。水平旋转轴51可通过安装在旋转底架52上的转动气 缸43旋转。水平旋转轴51和转动气缸43等构成水平旋转机构44。转 动气缸43与气泵(未示出)连通。通过设置在气泵与转动气缸43之间 的另一个空气连通管上的另一个或第二电磁阀(未示出)来控制从气泵供给至转动气缸43的空气，并且第二电磁阔可由系统控制器37控制。
旋转底架52固定于提升旋转轴60的一端上，所述提升旋转轴60 经抗磨轴承62支撑而可在固定在设备基座34上的提升机构基座61中 旋转并可绕正交于水平旋转轴51的水平轴线旋转。提升旋转轴60具有 固定于其另一端上的转盘64，所述转盘64从其圓周面突出摆臂66。摆 臂66的末端连接至提升气缸68的活塞，所述提升气缸68的基端部分 由固定在设备基座34上的托架69支撑，并且可沿竖直方向枢转。提升 气缸68与气泵(未示出)连通，并且在气泵与所述提升气缸68之间设 置了另一个或第三电磁阀(未示出)。通过由系统控制器37控制的第三 电磁阀的开启/闭合操作控制从气泵供给至提升气缸68的空气。在提升 气缸68操作时，摆臂66摆动，使得提升旋转轴60在90度的范围内旋 转以在水平状态与竖立状态或升起状态之间摆动夹持机构40。因而，超 磨粒设置设备2被构造成在制造模具CW被稳定地保持的水平状态下 (即，制造模具CW的轴线竖直延伸)执行制造模具CW的转移，并 且在升起状态下执行设置作业，所述升起状态使设置作业更容易地从制 造模具CW的一侧进行。
如图1和图2所示，六轴控制机器人10在夹持和提升装置6前方 固定安装在设备基座34上。机器人10采取的结构是带有三个受控轴 的腕部单元72附连至带有三个受控轴的基臂机构70的第二臂78，并且 吸嘴74 (74a， 74b)以可拆卸方式附连至腕部单元72的端轴或端臂。
基臂机构70的结构如下。亦即，旋转基座73安装在固定于设备基 座34上的机器人基座71上并且可绕垂直于水平面的第一轴线Jl转动。 这样就通过将旋转基座73与固定在设备基座34上的机器人基座71经 第一轴线Jl结合从而节省了空间。第一臂76与旋转基座73结合从而 可绕水平的第二轴线J2沿竖向摆动。前述笫二臂78结合于第一臂76 的末端从而可绕平行于第二轴线J2的第三轴线J3沿竖向摆动。
腕部单元72的结构如下。即，笫三臂80与基臂机构70的第二臂 78的末端结合从而可绕垂直于(即交叉)第三轴线J3的第四轴线J4 转动。第四臂82与笫三臂80的末端结合从而可绕垂直于(即交叉)第 四轴线J4的第五轴线J5枢转。作为端臂的第五臂84与第四臂82的端 部结合从而可绕垂直于(即交叉)第五轴线J5的第六轴线J6旋转。作 为末端执行器的吸嘴74以可拆卸方式附连至第五臂84的端部。吸嘴74与负压供给泵或真空泵(未示出)连通并在其上施加有负压时将金刚石
磨粒D吸至其吸嘴端。如图1所示，吸嘴端或鼻部74n弯曲90度角、 45度角和30度角的三种吸嘴74、 74a、 74b (参照图8至10 )储存在 工具盒或管嘴盒88中。在该具体实施方式
中，图8所示的吸嘴74具有 直角鼻部74n (下文称为"直角吸嘴")，图9所示的吸嘴74a具有短緩 角鼻部74n (下文称为"短鼻緩角吸嘴")，并且图10所示的吸嘴74b 具有长緩角鼻部74n (下文称为"长鼻緩角吸嘴")。
就吸嘴替换而言，控制六轴控制机器人10接近管嘴盒88，使得任 意在腕部单元72上使用的吸嘴返回至管嘴盒88中的管嘴支撑框架(未 示出)中的空缺管嘴支撑框架，然后选择性地将另一个吸嘴附连至腕部 单元72。因而，腕部单元72上的每个吸嘴74 (74a, 74b)与所述真空 泵以及另一个或第四电磁阀(两者都未示出)一起构成用于将金刚石磨 粒D吸至吸嘴末端部分的吸附装置。
在图11中集中以参考标号10J标出的诸如伺服电机之类的六个致动 器设置为用于分别驱动第一受控轴至笫六受控轴Jl-J6并可由机器人控 制器374控制，所述机器人控制器由包括在系统控制器37中的微型计 算机等构成。
对设置在第五臂或端臂84末端处的卡盘部作用弱电流，所述卡盘 部用于选择性地附连吸嘴74-74b。因而，当直角吸嘴74的末端连续接 触被夹持和提升机构6保持为竖立的制造模具CW的前端面上的多个位 置时，系统控制器37的机器人控制器374起到基准面计算装置的作用， 以用于计算制造模具CW的端面上的相应接触点的坐标从而获得用于 设置作业的基准面，在此为了便于解释而假定直角吸嘴74的末端已附 连至腕部单元72。进一步地，当每个接触点沿制造模具CW的径向向 内移动时，可以确定这种径向向内运动中的接触端点，即，限定制造模 具CW的内表面的开口的圆上的位置，并且通过对制造模具CW的前 端面上的多个位置重复该步骤，系统控制器37的机器人控制器374起 到孔中心计算装置的作用，以用于计算形成在制造模具CW中的孔的中 心的坐标。基准面和孔中心的信息存储在存储装置376中并用来校准六 轴控制机器人70的坐标。因而，可基于已输入控制程序中的制造模具 形状来在制造模具CW的内表面上在编程目标位置处精确地设置金刚 石磨粒D。这样，每个吸嘴74、 74a、 74b还用作与包括在如图11所示的系统控制器37中的接触传感器377电连接的接触感应探头，因此由 弹性金属材料制成。
进一步地，机器人控制器374基于所述信息确定如图12所示的虛 拟圆锥或假想圃锥，所述圆锥的顶点BP被限定为用于沿各斜边向所述 圆锥的基圆上的那些位置进行设置操作的起点，并且所述圓锥的基圆上 的那些位置被设定为接近制造模具CW的安装面上的安装目标位置，稍 后进一步说明这一点连同超磨粒设置设备2的操作。该具体实施方式
的 显著特征之一在于使超磨粒D沿所述假想圆锥的各斜边向基圆上接近 安装目标位置的那些位置移动。
再参照图1,超磨粒供给装置8设置在一侧的一个位置处，该位置 与六轴控制机器人10和保持在竖立位置的夹持机构40几乎等距。供给 装置8包括水平盘状盒或盘状托盘90，在所述盘状盒或盘状托盘上等角 度间隔地设置有多个(该具体实施方式
中为六个)漏斗状储存桶或储存 容器92作为储存器。盘状托盘卯可通过分度驱动电机(未示出)绕竖 直旋转轴(未示出)旋转，以选择性地使储存容器92转向至供给位置 SP。如图2和图5清楚示出的，在每个储存容器92中设置有提升杆94 并且所述提升杆94可移动以从储存容器92的漏斗部的底部沿竖向突 出。当将每个储存容器92选择性地转向至供给位置SP时，每个这种被 转向至供给位置SP的储存容器92的提升杆94与设置在供给位置SP 下方的提升气缸的活塞杆(两者都未示出)对齐，从而使得一个颗粒D 从容纳在储存容器92中的其它多个金刚石磨粒D升起并与所述其它多 个金刚石磨粒D分离。虽然未示出，但是每个提升杆94被弹簧偏置为 通常缩回至低位置并在顶端具有用于将单个超磨粒D保持于其上的小 凹部。因而，分离机构包括提升杆94和提升气缸。包括光发射器96a 和光传感器96b的光电探测器96横跨在供给位置SP向上移动的提升杆 94设置，从而光电探测器96可以检测如图1和图5所示保持在提升杆 94顶部上的吸附位置的单个金刚石磨粒D的存在/缺失以及品质(即， 使用的合适性)。
参照图11，所示出的系统控制器37包括操作员仪表板371、致动器 控制PLC (可编程逻辑控制器)372、致动器驱动电路373、前述机器 人控制器374、伺服电机驱动电路375、存储装置376以及前述接触传 感器377。操作员仪表板371用于输入各种控制指令、数据和程序，并且连接至接触传感器377、光电探测器96和操作员仪表板371的致动器 控制PLC372按照预先储存的预定顺序控制程序(未示出)经致动器驱 动电路373控制诸如前述各种致动器和驱动电机(所述机器人伺服电机 除外)之类的各种逻辑功能致动器的操作。机器人控制器374可按照预 先储存在存储装置376中的基准面计算程序376a、孔空心计算程序376b 和磨粒设置程序376c操作，并且通过伺服电机驱动电路375控制用于 六轴控制机器人10的第一轴至第六轴Jl-J6的伺服电机IOJ，这一点在 下文进行详述。接触传感器377可在基准面计算程序376a和孔中心计 算程序376b中每个的执行期间在每个吸嘴74、 74a、 74b的末端与制造 模具CW接触时操作并将接触信号输入至致动器控制PLC372。前述光 电探测器96也连接至致动器控制PLC372以输入位于所述吸附位置上 的每个超磨粒D的存在/缺失信息和品质信息。致动器控制PLC372和 机器人控制器374以交互方式连接以进行双向数据通信，从而能够如下 文所详述地以已编程的预定顺序来控制机器人10和前述各种致动器及 驱动电机执行超磨粒设置作业。
C操作)
下文将描述有关如上构造的超磨粒设置设备2的操作。首先，在装 载台装置4的装载位置(从图1看在右边)将制造模具CW装载在装载 和固定部分20上。此时，制造模具CW在稳定的水平状态下放置。在 装载和固定部分20上，通过驱动用于滑动机构14的杆驱动电机(未示 出)使得两对滑杆16沿相应的导槽22滑动，从而制造模具CW由所述 两对滑杆16保持。然后，操作旋转驱动电机36以使上部台12转过180 度角。因而，制造模具CW从装载位置移动至夹持位置并在夹持位置被 两对滑杆16解除夹持。随后，通过操作提升气缸68将预先保持在竖立 位置的夹持机构40放倒至水平状态，在水平状态下夹持机构40的两个 卡盘构件46位于制造模具CW的相反侧。通过操作卡紧气缸49使两个 卡盘构件46都闭合，并且在所述两个卡盘构件的圆周面上沿直径方向 相对的部分处夹住制造模具CW。然后，在制造模具CW被夹住的情况 下，操作提升机构42的提升气缸68以推动的方式摆动摆臂66，使得提 升旋转轴60转过90度角从而将夹住制造模具CW的夹持机构40提升 至升起位置或竖立位置。因而，在该竖立状态下，从制造模具CW—侧 进行的设置作业变得容易，并且这还有利地在布置设置设备2中的各种 装置时节省了空间。通过致动器控制PLC372来按照预定顺序控制程序控制控制装载台装置4以及夹持和提升机构6的前述操作。
其后，六轴控制机器人10开始操作，核对制造模具CW的ID号， 并且为所识别的制造模具CW选择用于安装金刚石磨粒D的安装程序。 系统控制器37的机器人控制器374按照通过参考或结合所选的安装程 序执行的磨粒设置程序376c来控制六轴控制机器人10,由此使六轴控 制机器人10在包括在所选的安装程序中的布置数据的指示下执行设置 作业，具体如下
首先，六轴控制机器人10移动至吸嘴盒88并选择性地将适合于设 置作业的吸嘴74、 74a、 74b之一附连至第五臂84的末端。此时，从图 8至图10所示的吸嘴中选择一个能够使其鼻部74n的轴线定位为垂直 于模具内表面的要在其上安装金刚石磨粒D的安装面并且能够处理制 造模具CW的安装面上的槽等的深度的吸嘴。为了便于在本段进行解 释，假定直角吸嘴74附连至机器人10的腕部单元72。然后，按照储存 在存储装置376中的基准面计算程序376a操作机器人10的控制器374。 因此，六轴控制机器人10移动而接近由夹持和提升装置6保持夹住的 制造模具CW并使直角吸嘴74的末端与制造模具CW的面向端面接触。 这种接触引起弱电流流过制造模具CW，从而接触传感器377响应于接 触信号而检测到这种接触。将在这种接触时获得的接触位置数据收集作 为用于制造模具CW的一组点群数据并储存在系统控制器37的存储装 置376中。在制造模具CW的面向端面上的多个点中的每个处执行这种 接触操作，并且机器人控制器374根据这样收集的点群数据来计算用于 设置作业的基准面。因而，执行基准面计算程序376a的机器人控制器 374在该步骤中起到基准面计算装置的作用并计算基准面的三维坐标。
随后，操作机器人控制器374执行储存在存储装置376中的孔中心 计算程序376b。因而，与制造模具CW的面向端面保持接触的直角吸 嘴74向制造模具CW的中心移动，并且找到在到达制造模具CW的孔 时解除接触的位置以将该位置储存在存储装置376中作为用于制造模具 CW的三维点群数据的一部分。在制造模具CW的面向端面上的多个点 中的每个处执行该作业步骤，由此通过机器人控制器374计算出制造模 具CW的孔中心作为三维坐标，所述机器人控制器374在该步骤中借助 孔中心计算程序376b起到孔中心计算装置的作用。因而，利用这样计 算出来和储存的信息来校准机器人10的三维坐标。因此，通过计算出的基准面的坐标和计算出的孔中心的坐标校准六轴控制机器人10应该 开始磨粒安装程序的程序起点的三维坐标。因此，机器人控制器37变 得随时可起到安装控制装置的作用并控制六轴控制机器人10以如下方 式与致动器控制PLC372配合起动用于金刚石磨粒D的设置作业。
亦即，超磨粒供给装置8由致动器控制PLC372以下列顺序控制。 首先，将容纳要安装的金刚石磨粒D的储存容器92转向至供给位置SP， 并且一金刚石磨粒D通过由提升气缸(未示出)向上推动的提升杆94 如图5所示地与其它金刚石磨粒D分离而突出至吸附位置。此时，光电 探测器96对突出至吸附位置的金刚石磨粒D的存在/缺失和品质(亦即， 使用的适合性)进行判断。如果没有金刚石磨粒存在或者品质不适于使 用，则再次执行突出另一个金刚石磨粒的步骤。
在磨粒设置程序376c中，机器人控制器374则控制六轴控制机器人 10以将直角吸嘴74移至吸附位置并将金刚石磨粒D吸取到直角吸嘴74 的末端上。通过检查由压力传感器(未示出)在六轴控制机器人10的 吸附运动前后所检测到的压力之间的差异来判断金刚石磨粒D是否在 直角吸嘴74上。如果没有正确完成吸附，则将直角吸嘴74上的金刚石 磨粒D扔到图1所示的NG (废品)箱98内，并且再次执行吸附步骤。 毋容置疑，所述压力传感器设置在空气通路管道上，所述空气通路管道 将真空泵(未示出)连接至位于机器人10的腕部单元72上的直角吸嘴 74。
接下来，如图6所示，吸附在直角喷嘴74上的金刚石磨粒D由六 轴控制机器人10转移至在被夹持和提升装置6夹住的制造模具CW前 方的安装开始位置或基准位置BP(参照图12)。如之前所述，基准位置 BP位于图12所示的虚拟圆锥或假想圆锥的顶点上。通过基于之前计算 并存储的关于制造模具CW的基准面和孔中心计算的信息并且还基于 由制造模具CW的安装面上的安装程序指定的安装目标位置的计算来 获得所述假想圓锥。这里，虛拟圆锥被确定为将顶点BP限定为用于沿 各斜边向所述圆锥的基圆上的那些位置进行设置操作的起点，并且在所 述圆锥的基圆上的那些位置被设定为接近制造模具CW的安装面上的 安装目标位置的位置。因而，根据所述安装程序的布置数据所指定的那 样将金刚石磨粒D安装在制造模具CW的内表面上。
例如，如图13和图14所示，将金刚石磨粒D吸附于其上的直角吸嘴74从作为安装基准位置的顶点BP线性地移动至所述圆锥的基圓上的 与所述安装面隔开预定短距离的位置处。此时，通过主要控制例如第一 轴至第五轴Jl-J5中的一部分或全部的旋转来使直角吸嘴74沿着所述 假想圆锥的斜边的倾斜方向线性地向前移动。然后，如图15和图16所 示，通过转动第六轴至第四轴J6-J4中的一部分或全部等来将直角吸嘴 74的鼻部74n设为使所述鼻部74n的轴线垂直于安装面，并且通过接 近所述安装面并然后推压于所述安装面上来将吸附在直角吸嘴74末端 上的金刚石磨粒D设置在安装面上。由于预先已将粘合剂涂敷至制造模 具CW的安装面上，所以已设置在安装面上的金刚石磨粒D被所述粘 合剂保持并粘附于安装面上。
进一步地，如图18所示，可能遇到的情况是，金刚石磨粒D应设 置在制造模具CW的倾斜安装面上的点B处，所述制造模具CW的孔 具有小的直径开口。这种情况下，如图19所示，直角吸嘴74通过平行 于制造模具CW的轴线进行移动而从制造模具CW的前面进入保持竖 立的制造模具CW内。然后，转动直角吸嘴74使鼻部74n的轴线在点 B处垂直于倾斜安装面，并且然后移动直角吸嘴74以将保持于所述直 角吸嘴74上的金刚石磨粒D推压在倾斜安装面上。通过以这种方式重 复前述设置操作，即使在这种设置作业不可能由现有技术的设置机器人 系统完成的情况下也可完成设置作业，并因此可进一步提高磨粒设置作 业的自动化程度。
进一步地，可能遇到的情况是，依赖于制造模具CW的安装面的形 状，难以从制造模具CW的一侧安装金刚石磨粒D。这种情况下，操作 夹持和提升装置6的水平转动机构44将制造模具CW水平转过180度 角，从而可以从制造模具CW的另一側或相反侧完成设置作业。
进一步地，可以选择性地采用如图10所示的鼻部74n弯曲约30度 角的长鼻緩角吸嘴74b，该长鼻緩角吸嘴74b的弯曲角度和鼻长与典型 地在图8中示出的直角吸嘴74和如图9所示的鼻部弯曲约45度角的短 鼻緩角吸嘴74a不同。这种情况下，通过如图17所示地采用长鼻緩角 吸嘴74b可防止如果釆用直角吸嘴74或短鼻緩角吸嘴74a中的任一种 吸嘴则可能由于所述任一种吸嘴的除末端之外的任意其它部分与制造 模具CW的突出部接触而发生的干涉。即，在釆用长鼻緩角吸嘴74b 的情形中，可通过将长鼻緩角吸嘴74b从小直径开口侧插入制造模具CW内并且然后通过将吸嘴74b的鼻部74n的轴线设定为垂直于安装面 来将金刚石磨粒D设置在倾斜地面向制造模具另一侧的小直径开口的 安装面上而不会与制造模具CW的其它部分发生任何干涉。这种设置操 作有效地利用了长鼻緩角吸嘴74b的优势。这有利地使在制造才莫具CW 的内表面上的各种安装面上执行精确的设置作业成为可能。
已在其上完成金刚石磨粒D的设置作业的制造模具CW被夹持和提 升机构6降至水平状态并在装栽台装置4的夹持位置处被放置在装载和 固定部分20上。然后，夹持和提升机构6释放制造模具CW并向上转 动至竖立位置以准备进行模具替换。由于另一个或新的制造模具CW已 被滑杆16夹在另一装栽和固定部分20上，所以随后上部台12转动半 圈从而调换已设置有金刚石磨粒D的制造模具CW和新的制造模具CW 的相互位置。将已在其上完成设置作业的制造模具CW从装载台装置4 拾起并转移至下一个制造工序，同时新的制造模具CW在夹持和提升机 构6下降后被夹持和提升机构6夹住并提升至竖立位置，从而通过六轴 控制机器人IO以与上述相同的方式执行金刚石磨粒D的设置作业。毋 容置疑，主要在致动器控制PLC374的控制下控制已设置有金刚石磨粒 D的制造模具CW的卸载操作和新的制造模具CW的装载操作。
根据前述典型地在图1和图2中示出的超磨粒设置设备2，由超磨 粒供给装置8供给的金刚石磨粒D被六轴控制机器人10逐一吸取、转 移并安装在被夹持和提升机构6夹住并提升的制造模具CW的安装面上 的各个编程目标位置上。因此，可在无需人手操作的情况下提高用于制 造模具CW的设置作业的自动化程度。
进一步地，如图12-14所示，在设置每个超磨粒D的过程中，吸嘴 74 (74a, 74b)首先定位于在位于制造模具CW前方的、与制造模具 CW的轴线平行的基准位置BP处，然后沿前述假想圆锥上的斜边的方 向移动，所述圆锥从基准位置BP向接近制造模具CW上的安装目标位 置的那些位置伸展。因此，可通过对沿倾斜方向的线性运动进行简化控 制搮作而完成每次i殳置。
进一步地，在制造模具CW采取所具有的孔在一侧的开口直径小的 圆柱形的情形中，可通过另 一种简化的控制操作将每个超磨粒D设置在 安装面上，其中例如如图18和图19所示，吸嘴74 (74a， 74b )通过 沿平行于制造模具CW的轴线的方向移动进入所述孔，然后沿吸嘴74(74a， 74b)的鼻部74n的轴线移动，而不引起吸嘴74 (74a, 74b) 的任何部分与制造模具CW的任何突出部接触。
进一步地，如图1所示，由于吸嘴盒88设置为用于储存鼻弯曲角 度互不相同的多个吸嘴74、 74a、 74b，所以可以选择性地采用具有适 于制造模具CW的安装面并易于跨过制造模具CW的突出部的吸嘴。 因而，可沿垂直于安装面的方向定向所选吸嘴的弯曲鼻部74n的轴线， 从而可进一步提高设置作业的自动化程度。
进一步地，由于提供了分为多种类型的金刚石磨粒D以供选用，所 以可以选择性地在制造模具CW的不同安装面上安装不同的磨粒。此 外，可在多个不同种类或类型的制造模具CW上连续执行设置作业。因 此，由于制造模具CW的制造占用于制造每个磨具的工艺相当大的一部 分，所以可显著地提高制造磨具的效率。
进一步地，即使在难以从制造模具CW—侧完成所述安装作业的特 定步骤的情形中，也可通过转动制造模具CW以使制造模具CW的一 侧与另一侧互换而容易地完成所述步骤。因而，可以在不需要人工干预 的情况下自动地完成设置作业的所有步骤，从而显著地提高制造模具的 效率。
进一步地，由于通过在安装作业之前检测制造模具CW的实际位置 来校准制造模具CW上的要安装金刚石磨粒D的编程目标位置，所以 可在制造模具CW上的编程目标位置处精确地安装金刚石磨粒D。
此外，例如如图17所示，制造模具CW的孔可能在其相反端具有 大开口和小开口并且可能具有倾斜安装面，所述倾斜安装面设置为更靠 近所述大开口而非小开口，从而倾斜地面向小开口。这种情况下，选择 鼻部74n比其它吸嘴74、 74a的鼻部长并以緩角(例如，约30度)弯 曲的长鼻緩角吸嘴74b并将所述长鼻緩角吸嘴74b附连至六轴控制机器 人10的端臂84，从而可更容易地从小开口側将超磨粒D安装在靠近大 开口的倾斜安装面上。
尽管在前述实施方式中采用金刚石磨粒作为超磨粒D，但也可采用 CBN (立方氮化硼)磨氺立。
进一步地，尽管在前述实施方式中制造模具CW是采取大体圃柱形形状的凹型模具，其中在所述凹型模具的内表面上执行超磨粒的设置作 业，但也可用凸型模具代替这种凹型模具，这种情况下可在所述凸型模 具的外周面上执行超磨粒的设置作业。在凸型模具的外表面上设置超磨
粒的过程中，附连至六轴控制机器人10的吸嘴74上的每个颗粒D也可 从安装起始位置BP (参照图12)沿着沿假想圆锥上的斜边的倾斜方向 线性地移动。这可通过经计算获得顶角是锐角并且轴线较长的假想圆锥 完成，即，通过采用长形假想圆锥完成。
显然，根据以上教示内容可以对本发明进行进一步的改型和变型。 因此需要理解的是，在所附权利要求书的范围内可采取不同于在此所述 的方式来实施本发明。
权利要求
1. 一种用于布置超磨粒的超磨粒设置设备，该超磨粒设置设备用来在用于制造磨具的制造模具的表面上形成所述磨具的研磨面，该设备包括夹持和提升机构，其用于夹持以水平状态放置的所述制造模具并用于将所述制造模具转动至竖立位置以便使所述制造模具的轴线水平延伸；六轴控制机器人，其包括带有三个受控轴的基臂机构和带有附连至所述基臂机构的三个受控轴的腕部单元，其中所述腕部单元的三个受控轴包括第六轴，所述第六轴用于使端臂绕所述第六轴自身的轴线转动；与所述第六轴相交的第五轴，所述第五轴用于使所述端臂和所述第六轴绕自身的轴线枢转；以及第四轴，所述第四轴用于使所述端臂、所述第六轴和所述第五轴绕自身的与所述第五轴相交的轴线转动，并且其中所述基臂机构的三个受控轴包括第三轴，所述第三轴与所述第四轴相交而水平延伸；第二轴，所述第二轴平行于所述第三轴延伸；以及第一轴，所述第一轴包括以可枢转方式支撑所述第二轴的旋转构件，以用于使所述旋转构件绕自身的沿竖向延伸的轴线转动；超磨粒供给装置，其设置有用于储存所述超磨粒的颗粒储存器和用于将储存在所述颗粒储存器中的超磨粒逐一分离至吸附位置的颗粒分离机构；以及吸嘴，其以可拆卸方式安装在所述六轴控制机器人的端臂上并设置有弯曲而具有吸嘴端的鼻部，所述吸嘴端偏离所述第五轴及所述第六轴，所述鼻部用于在吸附位置将超磨粒吸附至所述吸嘴端。
2. 如权利要求1所述的超磨粒设置设备，进一步包括吸嘴盒，其用于储存包括前述吸嘴在内的多个吸嘴，所述多个吸嘴 的吸嘴角互相不同且能够选择性地附连至所述六轴控制机器人的端臂。
3. 如权利要求1所述的超磨粒设置设备，其中所述超磨粒供给装 置包括用于按种类储存所述超磨粒的多个颗粒储存器。
4. 如权利要求1所述的超磨粒设置设备，其中所述夹持和提升机 构包括转动机构，所述转动机构用于使处于竖立位置的所述制造模具绕竖直轴线转半圏。
5. 如权利要求1所述的超磨粒设置设备，其中所述制造模具采取 大体圆柱形形状，具有在其径向中心部处的孔和在其轴向相反端处的平 端面，所述设备进一步包括接触传感器，其用于检测所述吸嘴的吸嘴端与所述制造模具的面向 所述六轴控制机器人的平端面之一的接触；基准面计算装置，其用于在所述吸嘴与所述制造模具的面向所述六 轴控制机器人的平端面之一上的多个位置接触时基于所述接触传感器 所确定的多个接触点来计算用于所述制造模具的安装基准面的三维坐 标；孔中心计算装置，其用于根据当所述六轴控制机器人的端臂上的吸 嘴在所述吸嘴从各个所述接触点向所述孔的中心移动的途中与所述制 造模具的面向所述六轴控制机器人的平端面之一脱离时所确定的位置 来计算形成在所述制造模具中的孔的中心的三维坐标；以及机器人控制装置，其用于在基于由所述基准面计算装置和所述孔中 心计算装置计算出的所述基准面和所述孔中心的三维坐标校准所述机 器人的坐标后按照磨粒安装程序来控制所述六轴机器人。
6. 如权利要求5所述的超磨粒设置设备，其中在将所述吸嘴所支 撑的超磨粒安装在所述超磨粒要被安装的目标安装位置之一上的过程 中，所述机器人控制装置控制所述六轴控制机器人使得附连至所述六轴 控制机器人的所述吸嘴上的超磨粒沿假想圆锥上的斜边移动，所述假想 圆锥的基圆沿着多个目标安装位置设置。
7. 如权利要求6所述的超磨粒设置装置，其中所述机器人控制装 置能够基于所述磨粒安装程序以及由所述基准面计算装置和所述孔中 心计算装置计算出的所述基准面和所述孔中心的三维坐标通过计算来 获得所述假想圆锥。
8. 如权利要求2所述的超磨粒设置装置，其中 所述制造模具的所述孔在其相反端具有大开口和小开口并且具有倾斜安装面，所述倾斜安装面设置为更靠近所述大开口而非所述小开 口，从而倾斜地面向所述小开口；并且所述多个吸嘴包括长鼻緩角吸嘴，所述长鼻緩角吸嘴的鼻部比其它吸嘴的鼻部长并且以小于45度角的緩角弯曲，在将超磨粒安装在所述倾斜安装面上的过程中所述长鼻緩角吸嘴附连至所述六轴控制机器人的端臂。
全文摘要
一种超磨粒设置设备，其设置为在用于制造磨具的制造模具的表面上布置超磨粒。所述设备包括夹持和提升机构，其用于夹持处于水平状态的模具并用于使模具转动至竖立状态；六轴控制机器人，其包括带有三个受控轴的基臂机构和带有附连至基臂机构的三个受控轴的腕部单元；超磨粒供给装置，其具有用于储存超磨粒的颗粒储存器和用于将储存在颗粒储存器中的超磨粒逐一分离至吸附位置的颗粒分离机构；以及吸嘴，其以可拆卸方式安装在机器人的端臂上并设置有弯曲鼻部，所述弯曲鼻部用于在吸附位置处将超磨粒吸至其吸嘴端。
文档编号B24D18/00GK101450465SQ200810177700
公开日2009年6月10日 申请日期2008年11月24日 优先权日2007年12月3日
发明者小林孝道, 杉田和彦, 榊原贞雄, 清水宏益 申请人:丰田万磨株式会社