JP2017121679A

JP2017121679A - ワイヤ放電加工機

Info

Publication number: JP2017121679A
Application number: JP2016001174A
Authority: JP
Inventors: 泰樹橋本; Yasuki Hashimoto; 昭二高橋; Shoji Takahashi
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2016-01-06
Filing date: 2016-01-06
Publication date: 2017-07-13
Also published as: CN106944682A; EP3189921A3; US20170193654A1; KR20170082464A; EP3189921A2

Abstract

【課題】点検管理の必要な事項に対し、点検を怠ったことによる不具合の発生を予知して警告することにより、加工停止を防止し、加工停止による弊害の発生を防ぐ。【解決手段】ワイヤ回収箱３のワイヤ堆積量、ワイヤボビン４のワイヤ残量、貯水槽９の加工液１１の水位等の点検管理が必要な事項に対して、視覚センサ等の画像情報収集手段１でこれら事項の部位を撮像し、得られた画像情報に基づいて、ワイヤ堆積量がワイヤ回収箱の限界に近い、ワイヤ残量が少ない、加工液水位が設定値より低下した等の不具合の発生が近いと判別されたとき警告を出力する。この警告に基づいて対処して不具合発生を未然に防止することにより、加工停止を防止する。【選択図】図１

Description

本発明は、ワイヤ放電加工機に関し、特に、保守点検を容易にするワイヤ放電加工機に関する。

ワイヤ放電加工機は、通常の工作機械に比べて部品点数や消耗品の数が非常に多く、それに伴って日常点検を行う箇所も多く、点検管理を行う作業者の負担が大きい。
一方、放電加工が進むにつれて状態が変化し、その変化に応じた管理を必要とする事項に対して点検管理を怠ると、機械の性能を十分に発揮できなくなったり、機械に不具合が生じる。例えば、点検管理を怠って生じる現象として、
・使用済みワイヤの廃却を忘れ、ワイヤ回収箱におけるワイヤの堆積量が増加し、ワイヤ回収箱上部に設置されたセンサにワイヤが接触するような場合、
・使用済みワイヤの廃却を忘れ、ワイヤ放電加工途中で、ワイヤボビンのワイヤを使いきってしまった場合、
・加工液残量の確認を忘れ、貯水槽内での水面が水位センサ位置低下を下回った場合、
等があるが、このような場合、ワイヤ放電加工機には運転中に警告を発したり、アラーム停止するような機能が装備されている。例えば、特許文献１には、ワイヤ回収箱のワイヤ堆積量が限界に達したことを検出して警報を出すワイヤ放電加工機が開示されている。また、特許文献２には、加工液の貯水槽内での水位の低下を検出してアラームを出し、運転を停止させるようにしたワイヤ放電加工機が開示されている。

特開平０５-３０１１２３号公報特開２００９-１４２９３６号公報

点検管理を怠ること等によって不都合が発生した場合、従来は、運転中に警告を発しアラーム停止させ、その後、この不都合を解消して加工を再開するようにしている。しかし、放電加工が停止されると、この放電加工の停止によって、
・加工中断中の時間ロスが生じる。
・ワイヤ放電加工機での加工は一般的に被加工物から形状を切り出す荒加工と荒加工で加工した経路を通りながら放電することにより、形状の精度と面粗さを向上させる仕上げ加工を行う。特に仕上げ加工の場合では、加工中に加工が停止してしまうと、加工再開時に同じ個所を再度放電することになるので加工面に筋目が生じる原因となる。
・長時間の加工中断は周囲の温度変化により被加工物や機械の部品が熱膨張し、加工精度に悪影響を及ぼす可能性がある。
等の弊害が生じる。
そこで本発明の目的は、事前の点検管理を怠ったことによる不具合の発生を予知し、オペレータに警告として知らせることにより、加工停止を防止し、加工停止による弊害の発生を防ぐことができるワイヤ放電加工機を提供することにある。

請求項１に係る発明は、ワイヤ放電加工機において、放電加工が進むにつれて状態が変化し、その変化に応じた管理を必要とする部位の状態を画像情報として取得する画像情報収集手段と、前記画像情報収集手段が収集した画像情報から、前記部位の状態が警告を出力する状態か否かを判定する画像判定手段と、前記画像判定手段が警告状態と判定した場合に警告状態を伝える警告伝達手段を備えることにより、点検管理が必要な部位での不具合発生を未然に防止できるようにした。

また、請求項２に係る発明は、前記部位の状態をワイヤ回収箱に堆積されるワイヤ堆積量とし、前記画像判定手段は前記画像情報から前記ワイヤ回収箱において予め決められた境界線とワイヤの交点によって警告状態であるかどうかを判定するものとした。請求項３に係る発明は、前記部位の状態をワイヤ回収箱に堆積されるワイヤ堆積量とし、前記画像判定手段は、前記画像情報から前記ワイヤ回収箱において堆積したワイヤを一つの面とした場合の面積から前記ワイヤ回収箱を占める割合を算出し、該割合が予め決められた閾値を逸脱するか否かで警告状態であるかどうかを判定するものとした。

請求項４に係る発明は、前記部位の状態を放電加工部にワイヤを供給するワイヤボビンのワイヤ残量とし、前記画像判定手段は前記画像情報の前記ワイヤボビンのワイヤ残量に基づいて警告状態であるかどうかを判定するものとした。また、請求項５に係る発明は、ワイヤ残量に基づいて警告状態であるかどうかの判定を、ワイヤ残量の画像の円が予め閾値として設定された境界線の円内か否かによって、若しくは、ワイヤ残量の画像の円の半径が予め閾値として設定された半径との比較によって行うものとした。

請求項６に係る発明は、前記部位の状態を放電加工領域に加工液を供給するための貯水槽の加工液の水位とし、前記貯水槽には水位によって貯水槽から突き出る量が変化するボールタップを備え、前記画像判定手段は前記画像情報の前記ボールタップの貯水槽から突き出る量に基づいて警告状態であるかどうかを判定するものとした。請求項７に係る発明は、前記ボールタップの貯水槽から突き出る量に基づいて警告状態であるかどうかの判定を、閾値として予め設定されている境界線と前記貯水槽から突き出るボールタップの交点があるかによって、若しくは、貯水槽から突き出たボールタップの長さが予め定めた閾値として設定された長さによって行うものとした。

請求項８に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記ワイヤ回収箱に堆積されるワイヤ堆積量、前記ワイヤボビンのワイヤ残量、前記貯水槽の加工液の水位のうち少なくとも１つであるとした。また、請求項９に係る発明は、前記画像情報収集手段をロボットに搭載したものとした。

放電加工が進むにつれて状態が変化し、その変化に応じた管理を必要とする部位の点検管理を怠ったときでも、警告を出して、点検管理を促すから、不具合の発生を未然に防止し、加工停止を避けることができる。

本発明の一実施形態における点検管理が必要な部位の状態の画像情報を取得する画像情報収集手段の配置位置を示す図である。ロボットに画像情報収集手段を取り付けてワイヤ回収箱のワイヤ堆積の状態の画像情報を取得する例の説明図である。ロボットに画像情報収集手段を取り付けてワイヤボビンのワイヤ残量の状態の画像情報を取得する例の説明図である。ロボットに画像情報収集手段を取り付けて貯水槽の加工液水位状態の画像情報を取得する例の説明図である。ワイヤ回収箱に堆積されたワイヤと設定境界線との交点数により警告を出力するか否かの判定をする説明図である。ワイヤ回収箱に堆積されたワイヤの面積により警告を出力するか否かの判定をする説明図である。ワイヤボビンのワイヤ残量の円と設定境界線の円により警告を出力するか否かの判定をする説明図である。ワイヤボビンのワイヤ残量の円の半径と設定半径により警告を出力するか否かの判定をする説明図である。貯水槽に設けたボールタップと設定境界線により警告を出力するか否かの判定をする説明図である。貯水槽に設けたボールタップの貯水槽からの突出量により警告を出力するか否かの判定をする説明図である。本発明の一実施形態の概要図である。同実施形態におけるワイヤ放電加工機の制御装置のプロセッサが実施する警報出力のアルゴリズムを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
本発明は、画像情報収集手段によって得られた画像情報に基づいて、ワイヤ放電加工機に生じる不具合の発生を事前に予知し警告を出すことによって、不具合の発生と、それに伴う放電加工の加工停止を防止できるようにしたものである。
図１において、（イ）はワイヤ回収箱のワイヤの堆積状態の画像情報を、（ロ）はワイヤボビンのワイヤ残量状態の画像情報を、（ハ）は加工液の貯水槽内の加工液水位状態の画像情報を、画像情報収集手段１で収集する説明図である。この画像情報収集手段としては視覚センサなどの撮像装置が用いられる。

図１（イ）は、ワイヤ回収箱３のワイヤ堆積量を画像情報収集手段１で撮像して、得られた画像情報から、ワイヤ２の堆積量が警告を発生するために予め設定された設定値に達すると、ワイヤ堆積量が限界に近い等の警告を発生させるようにしたものである。ワイヤ回収箱３は透明、あるいは格子状のような構造で構成され、堆積するワイヤ２の画像を画像情報収集手段１で取得できるようにしている。また、画像情報収集手段１は、ワイヤ回収箱３に堆積するワイヤ２の画像が取得できる機械位置に固定されている。

図１（ロ）は、ワイヤボビン４のワイヤ残量状態を画像情報収集手段１で撮像して、得られた画像情報から、ワイヤ残量が警告を発生するために予め設定された設定値に達するとワイヤ残量が少なくなっている等の警告を発生させるようにしたものであり、ワイヤボビン４のワイヤ残量の画像情報が取得できる機械位置に固定されている。なお、図１（ロ）で符号５はテーブル、符号６は被加工物、符号７、８は、上ガイド、下ガイドである。

図１（ハ）は、加工液１１の貯水槽９内の加工液の水位状態を画像情報収集手段１で撮像して、得られた画像情報から、加工液の水位が警告を発生するために予め設定された設定値に達すると水位低下の警告を発生させるようにしたものであり、加工液１１の貯水槽９には、該貯水槽９の水面の上下動と共に上下動するボール１０ａと支持棒１０ｂからなるボールタップ１０が設けられ、該ボールタップ１０を撮像する画像情報収集手段１が機械に取り付けられている。

図１（イ）〜（ハ）は、ワイヤ回収箱３のワイヤ堆積状態、ワイヤボビン４のワイヤ残量、加工液の貯水槽９の水位状態を得る画像情報を取得する画像情報収集手段１をそれぞれワイヤ放電加工機に取り付けた例を示したが、ロボットに画像情報収集手段１を取り付けて、１台の画像情報収集手段１でワイヤ堆積状態、ワイヤ残量、水位を示す画像情報を得るようにしてもよい。図２はロボット１２に取り付けた画像情報収集手段１でワイヤ堆積状態示す画像情報を得るようにした例を示し、図３はロボット１２に取り付けた画像情報収集手段１でワイヤボビン４のワイヤ残量の画像情報を得るようにした例で、図４はロボット１２に取り付けた画像情報収集手段１で加工液１１の貯水槽９の水位を示す画像情報を得るようにした例を示す図である。

図５は、ワイヤ回収箱３のワイヤ堆積状態の画像情報より警告を出力するか否かを判別する方法の一例の説明図である。ワイヤ回収箱３に堆積するワイヤ量が増加するにつれてワイヤ堆積の高さは増大する。そこで、ワイヤ堆積量が限界値に近く警告を出力する閾値を、ワイヤ回収箱用の画像情報収集手段１で取得した画像に対して、高さレベルの境界線Ｌとして予め設定しておく。そして、この境界線Ｌとワイヤの交点の数が設定数以上になったとき、警告を発生させるようにする。例えば、この交点の数の設定値を２とすると、図５（イ）では、交点が１であるから、警告は発生せず、図５（ロ）のように、交点の数が２以上となったとき、警告を発生させるようにする。

また、この警告を発生させるか否かの基準として、基準となる設定境界線とワイヤの交点の数以外に、取得した画像から堆積したワイヤを一つの面として捉え、図６に示すように、このワイヤ堆積面の面積Ａを算出し、ワイヤ回収箱自体の画像上の面積に対する算出したワイヤ堆積面積Ａの割合が、予め設定された設定値以上になったとき、警報を出力するようにして、画像上のワイヤ回収箱自体の面積とワイヤ堆積面積Ａから警告状態か否かの判別を行うようにしてもよい。

図７は、ワイヤボビン４の撮像画像より、警告を出力するか否かを判別する説明図である。ワイヤボビン４のワイヤ残量を撮像する画像情報収集手段１からの画像に対して、警告を出力するための閾値となる境界線Ｌとなる円を予め設定しておく。ワイヤ残量がこの設定境界線より内側になったとき、警告を発生させるようにする。図７（イ）は、ワイヤ残量の円が設定境界線Ｌの円より大きいことから、警報は出力されず、図７（ロ）のように、ワイヤ残量の円が設定境界線Ｌの円以下の円となったとき、警報を出力するようにする。

また、図８に示すように、ワイヤ残量の円の半径から警告を出力するか否か判別するようにしてもよい。ワイヤボビン４の撮像画像において、警告を出力するための閾値となる半径を予め設定しておき、ワイヤボビン４のワイヤ残量を撮像する画像情報収集手段１からの画像情報からワイヤ残量画像の半径ｒが閾値として設定された半径以下か否か判別し、設定半径以下のときは、警告を出力するようにする。

図９は、貯水槽９の撮像画像より、警告を出力するか否かを判別する説明図である。貯水槽９の背面に、警告を出力するための境界線Ｌを描いた板１３を配置しておく。貯水槽９の加工液１１の水面の上下動に連動してボールタップ１０も上下動するが、画像情報収集手段１での撮像した画像上において、境界線Ｌとボールタップ１０の支持棒１０ｂとの交点が図９（イ）に示すようにあれば警告は出力せず、図９（ロ）に示すように、加工液の量が減少して、境界線Ｌとボールタップ１０の支持棒１０ｂとの交点がない場合には、警告を出力するようにする。

また、図１０に示すように、貯水槽用の画像情報収集手段１での撮像画像上で、貯水槽９から突き出したボールタップの支持棒１０ｂの長さによって、警告を出力するか判別するようにしてもよい。警告を発生させるための閾値となる撮像画像上の貯水槽９から突き出したボールタップの支持棒１０ｂの長さｈを予め設定しておき、撮像した画像での貯水槽９から突き出したボールタップの支持棒１０ｂの長さが設定値以下の場合には、加工槽９内の加工液が減少していることを示す警告を出力するようにする。

図１１は、上述したような点検管理を行う必要がある事項において、画像情報収集手段１で撮像した画像に基づいて、点検管理を怠ったことによる加工停止を防止するための警告発生機能を備えたワイヤ放電加工機の一実施形態の概要図である。
図１１において、符号２０は、ワイヤ放電加工機であり、該ワイヤ放電加工機の制御装置２０ａには、図１に示すように、ワイヤ回収箱のワイヤ堆積を撮像するワイヤ回収箱用の画像情報収集手段、ワイヤボビン４のワイヤ残量を撮像するワイヤボビン用の画像情報収集手段、貯水槽９の加工液の状態を撮像する貯水槽用の画像情報収集手段が接続されている。また、符号２０ｂはこのワイヤ放電加工機２０が備える表示装置であり、上述した警告を該表示装置２０ｂに表示する。さらに、制御装置２０ａには、パソコン２１を接続し、該パソコン２１の画面に警告を表示することや、ワイヤ放電加工機の制御装置２０ａにアンテナ２０ｃ、２２ａを介して携帯可能な表示装置２２の画面に警告を表示させる情報通信手段を設けて警告を表示するようにしている。これら表示装置は警告伝達手段を構成するものであり、又、表示装置としては、ワイヤ放電加工機２０が備える表示装置２０ｂ、パソコン２１の表示装置、携帯可能な表示装置２２のいずれか１つでもよい。
なお、画像情報収集手段１をロボット１２に取り付け、図２〜図３に示すように、一台の画像情報収集手段１で、ワイヤ回収箱３、ワイヤボビン４、貯水槽１１を順次撮像するようにする場合には、ワイヤ放電加工機２０の制御装置２０ａとロボット１２の制御装置２０ａが接続され、ワイヤ放電加工機２０の制御装置２０ａからの撮像指令に基づいてロボット１２の制御装置が、ロボットを駆動制御して、順次画像情報収集手段１で、ワイヤ回収箱３、ワイヤボビン４、貯水槽１１を撮像する位置にロボット１２を移動させ、それぞれの位置で撮像してその撮像画像情報をワイヤ放電加工機２０の制御装置２０ａに送るようにする。

図１２は、ワイヤ放電加工機２０の制御装置２０ａのプロセッサが実施する、点検を必要とする事項に対して、点検を怠ったことによる加工停止を防止するための警告発生処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。

ワイヤ放電加工機を稼働開始した際、若しくは、ワイヤ放電加工機稼働中所定周期毎、ワイヤ放電加工機２０の制御装置２０ａのプロセッサは、図１２に示す処理を実施する。

まず、ワイヤ回収箱用の画像情報収集手段１でワイヤ回収箱３に堆積したワイヤ堆積状態を撮像し、その撮像画像情報を取得する（ステップＳ１）。次に、この撮像画像情報から、ワイヤ堆積状態が、警告を出力するレベルに達しているか判別する。この図１２で示す例では、図５に示すように、設定境界線Ｌとワイヤとの交点が２以上あるかによってこの判別を行う（ステップＳ２）。

設定境界線とワイヤ２との交点が２以上ない場合には、ワイヤボビン用の画像情報収集手段１でワイヤボビン４のワイヤ残量状態を撮像し、その撮像画像情報を取得し（ステップＳ３）、該撮像画像情報から、ワイヤ残量が警告を出力する残量であるか判別する。この図１２に示す例では、この判別を図７に示すように、設定境界線Ｌの円内かで判別する（ステップＳ４）。

ワイヤ残量の円が設定境界線Ｌの円より大きければ、貯水槽９用の画像情報収集手段１で貯水槽９の加工液１１の水位状態を撮像して、その撮像画像情報を取得し（ステップＳ５）、該撮像画像情報から、加工液の水位が警告を出力するレベル以下か判別する。この図１２に示す例では、この判別を図９に示すように、ボールタップ１０の支持棒１０ｂと貯水槽９の背面に配置した板１３に描いた境界線Ｌとの交差点があるかによって判定する（ステップＳ６）。図９（イ）に示すように交差点があれば、ステップＳ７に進み、後述するレジスタＲ１〜Ｒ３の全てが「０」か判別し、「０」ならば、警告を出力することなくこの処理を終了する。なお、レジスタＲ１〜Ｒ３は、ワイヤ放電加工機を稼働した際に「０」にリセットするものとしている。

一方、ステップＳ２で、設定境界線Ｌとワイヤが２以上交差していると判別され、ワイヤの堆積量が警告を出力するレベルに達していると判別されたときには、レジスタＲ１を「１」にセットし（ステップＳ８）、ステップＳ３に進む。また、ステップＳ４で、ワイヤボビン４のワイヤ残量の円が設定境界線Ｌの円内と判別され、ワイヤの残量が警告を出力すべきレベル内であると判別されたときには、レジスタＲ２を「１」にセットし（ステップＳ９）、ステップＳ５に進む。さらに、ステップＳ６で境界線Ｌとボールタップ２０の支持棒２０ｂとの交差点がないと判別され、貯水槽９内の加工液１１の水位が警告を出力するレベル以下に達していると判別されたときには、レジスタＲ３を「１」にセットし（ステップＳ１０）、ステップＳ７に進む。そして、レジスタＲ１〜Ｒ３の全てが「０」か判別し、１つでも、「１」にセットされていれば、レジスタＲ１〜Ｒ３に記憶する値に基づいて警告を表示装置（ワイヤ放電加工機が有する表示装置、パソコンの表示装置、携帯可能な表示装置）の画面に表示する（ステップＳ１１）。すなわち、レジスタＲ１が「１」にセットされていれば、ワイヤ回収箱３のワイヤ堆積量が限界に近付いていることを示す警告を表示し、レジスタＲ２が「１」にセットされていれば、ワイヤボビン４のワイヤ残量が限界に近付いていることを示す警告を表示し、レジスタＲ３が「１」にセットされていれば、貯水槽９の加工液１１の水位が限界に近く低下していることを示す警告を表示する。

オペレータはこうして表示された警告に基づいて対処すればよく、ワイヤ堆積量が限界に近いという警告を受ければ、ワイヤ回収箱３のワイヤを除去し、また加工液の水位低下の警告を受ければ、加工液を貯水槽に追加することによって、加工停止を避けることができる。また、ワイヤ残量が少ないとの警告を受ければ、ワイヤ放電加工機の稼働開始時であれば、ワイヤボビン４を交換して、加工を開始すればよく、また加工中であれば、区切りのよい段階で、ワイヤボビンを交換するようにすればよい。

１画像情報収集手段
２ワイヤ
３ワイヤ回収箱
４ワイヤボビン
９貯水槽
１０ボールタップ
１１加工液
１２ロボット
２０ワイヤ放電加工機
２０ａワイヤ放電加工機の制御装置
２０ｂワイヤ放電加工機の表示装置
２１パソコン
２２携帯可能な表示装置

Claims

ワイヤ放電加工機において、放電加工が進むにつれて状態が変化し、その変化に応じた管理を必要とする部位の状態を画像情報として取得する画像情報収集手段と、前記画像情報収集手段が収集した画像情報から、前記部位の状態が警告を出力する状態か否かを判定する画像判定手段と、前記画像判定手段が警告状態と判定した場合に警告状態を伝える警告伝達手段を備えたことを特徴とするワイヤ放電加工機。
前記部位の状態はワイヤ回収箱に堆積されるワイヤ堆積量であり、前記画像判定手段は前記画像情報から前記ワイヤ回収箱において予め決められた境界線とワイヤの交点によって警告状態であるかどうかを判定することを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工機。
前記部位の状態はワイヤ回収箱に堆積されるワイヤ堆積量であり、前記画像判定手段は、前記画像情報から前記ワイヤ回収箱において堆積したワイヤを一つの面とした場合の面積から前記ワイヤ回収箱を占める割合を算出し、該割合が予め決められた閾値を逸脱するか否かで警告状態であるかどうかを判定することを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工機。
前記部位の状態は放電加工部にワイヤを供給するワイヤボビンのワイヤ残量であり、前記画像判定手段は前記画像情報の前記ワイヤボビンのワイヤ残量に基づいて警告状態であるかどうかを判定することを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工機。
前記画像判定手段の前記画像情報による警告状態であるかどうかの判定は、ワイヤ残量の画像の円が予め閾値として設定された境界線の円内か否かによって、若しくは、ワイヤ残量の画像の円の半径が予め閾値として設定された半径との比較によって、警告状態であるかどうかを判定することを特徴とする請求項４に記載のワイヤ放電加工機。
前記部位の状態は放電加工領域に加工液を供給するための貯水槽の加工液の水位であり、前記貯水槽には水位によって貯水槽から突き出る量が変化するボールタップを備え、前記画像判定手段は前記画像情報の前記ボールタップの貯水槽から突き出る量に基づいて警告状態であるかどうかを判定することを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工機。
前記画像判定手段は、閾値として予め設定されている境界線と前記貯水槽から突き出るボールタップの交点があるかによって、若しくは、貯水槽から突き出たボールタップの長さが予め定めた閾値として設定された長さによって警告状態であるかどうかを判定することを特徴とする請求項６に記載のワイヤ放電加工機。
前記部位の状態は、前記ワイヤ回収箱に堆積されるワイヤ堆積量、前記ワイヤボビンのワイヤ残量、前記貯水槽の加工液の水位のうち少なくとも１つである請求項１に記載のワイヤ放電加工機。
前記画像情報収集手段をロボットに搭載したことを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載のワイヤ放電加工機。