JP2017164829A5 - - Google Patents

Description

ワーク加工装置

本発明は、ワーク支持手段に支持（保持）されたワークの被加工位置と予め設定された加工位置がずれている場合に加工位置を修正して加工することを可能にするワーク加工装置に関する。

本出願人は、特許文献１において記憶手段に記憶された加工データに基づいて産業ロボットを駆動制御してワーク支持装置に支持されたワークに所望の加工を行うワーク加工装置において、ワーク支持装置に支持されたワークの所定箇所に対して基準パターンを投射し、投射された基準パターンを含んだ所定箇所の撮像データを、ワーク支持装置にワークが正規状態で支持された際の基準ワークデータを比較して位置ずれデータを演算して加工データを較正して産業ロボットの加工原点とワークの被加工原点を一致させて加工する較正機能付きワーク加工装置を提案した。

特許文献１の加工位置校正機能は、基準パターンを含んだ所定箇所の撮像データ及び所定箇所の基準ワークデータがそれぞれ三次元データであるため、撮像データ及び基準ワークデータのデータ量が膨大になり、所定箇所の位置ずれ量を演算するのに時間がかかって迅速にワーク加工を行うのが困難な問題を有している。

また、上記校正機能は、ワークの被加工箇所と無関係な箇所の撮像データ及び基準ワークデータに基づいて実行するため、被加工箇所の位置ずれを正確に構成できない問題を有している。

特許第５６２２２５０号公報

解決しようとする問題点は、基準パターンを含んだ所定箇所の撮像データ及び所定箇所の基準ワークデータがそれぞれ三次元データであるため、撮像データ及び基準ワークデータのデータ量が膨大になり、所定箇所の位置ずれ量を演算するのに時間がかかって迅速にワーク加工を行うのが困難な点にある。

請求項１は、ワークをワーク加工具によって加工するワーク加工装置において、前記ワークの基準領域を記憶した基準領域記憶手段と、前記ワークの所定領域を撮像する撮像部材と、その撮像部材によって撮像された前記所定領域と、前記基準領域記憶手段に記憶された前記基準領域とに基づいて、前記ワーク加工具の移動量を補正して前記ワークを加工することを特徴とする。

請求項２は、請求項１に記載のワーク加工装置において、前記ワークを吸着保持する吸着保持部材を設け、前記吸着保持部材は、前記撮像部材と一体的に設けられていることを特徴とする。

請求項３は、請求項２に記載のワーク加工装置において、前記ワーク加工具による加工に伴って排出される加工屑を負圧吸引して回収する集塵部材を設け、前記集塵部材は、前記撮像部材と一体的に設けられていることを特徴とする。

請求項４は、請求項３に記載のワーク加工装置において、前記撮像部材は、前記集塵部材が前記加工屑を負圧吸引する経路の途中に設けられ、前記撮像部材と前記経路との間には透過窓が設けられていることを特徴とする。

請求項５は、請求項３または請求項４に記載のワーク加工装置において、前記集塵部材は、その集塵部材の中心軸が前記撮像部材の撮像軸線に一致していることを特徴とする。

請求項６は、請求項３乃至請求項５の何れかに記載のワーク加工装置において、前記集塵部材の端面は、前記吸着保持部材によって吸着保持された前記ワークの表面に対向していることを特徴とする。

本発明は、ワーク支持手段に支持されたワークにおける被加工箇所の位置ずれ量を簡易に検出し、検出された位置ずれ量に基づいてワーク加工具の位置データを補正することによりワーク加工を簡易、かつ正確に行うことを可能にする。

ワーク加工装置の概略を示す斜視図である。 三次元移動ヘッドの概略を示す略体斜視図である。 裏面支持手段の概略を示す斜視図である。 図３のＡ−Ａ線縦断面図である。 制御手段の電気的ブロック図である。 裏面支持手段によるワーク裏面の支持（保持）状態を示す説明図である。 ワーク裏面における被加工箇所の位置ずれ検知状態を示す説明図である。 ワーク裏面における被加工箇所の位置ずれ検知状態を示す説明図である。 ワーク裏面における被加工箇所の位置ずれ検知状態を示す説明図である。

撮像データ及び基準撮像データに基づいて判別される被加工箇所の位置ずれ量に対応する補正データに基づいて被加工箇所の位置データを補正し、補正された位置データに基づいてワーク加工具を移動制御してワークの被加工箇所を加工することを最良の実施形態とする。

以下、本発明の実施例を図に従って説明する。
図１乃至図４に示すように、本発明に係るワーク加工装置１は、加工手段３と、ワークＷが載置されて支持（保持）するワーク支持手段５と、ワークＷの被加工箇所裏面を支持（保持）する裏面支持手段７とにより構成される。

加工手段３は、例えば複数のアームが連結されると共に各アーム９が独立して旋回及び回動してハンド部を所定箇所へ移動するように制御される従来公知の多関節型産業ロボットにより構成される。上記ハンド部にはワーク加工具１３が着脱可能に取り付けられたり、例えば先端側アームの長手方向と直交する方向及び該長手方向と一致する方向へそれぞれ移動する二次元移動ヘッドや可動体にワーク加工具１３が着脱可能に取り付けられたり、更に後述するように上記長手直交方向、上記長手方向、上記長手直交方向及び長手方向と直交する方向へそれぞれ移動する三次元移動ヘッド１５を設けてワーク加工具１３が着脱可能に取り付けられる。

ワーク加工具１３としてはワークＷの被加工箇所に孔を形成するドリル等の穿孔具、ワークＷにおける被加工箇所としての周縁や開口Ｗａ内周縁のバリ等を切削除去したり、開口Ｗａを所要の内径に切削加工したりするエンドミル、ワークＷを切断したり、孔を形成したりする切断刃やレーザ光出力ヘッド等のいずれであってもよい。また、ワークＷとしては、車種ごとに大きさや形状が異なる合成樹脂製の車両用バンパー、車両用内装パネル（ダッシュパネル、ドアパネル等）に適用される。

上記三次元移動ヘッド１５のＸ軸フレーム１７は、先端側アーム９の長手直交方向（以下、Ｘ軸方向とする。）へ所定の長さで延出し、その長手方向中間部が先端側アーム９に内蔵された数値制御可能なサーボモータ等の電動モータ（図示せず）の出力軸に固定される。該Ｘ軸フレーム１７にはＸ軸可動体１９がＸ軸方向へ移動可能に支持され、該Ｘ軸可動体１９はＸ軸移動部材２１によりＸ軸方向へ数値制御可能に往復移動される。

上記Ｘ軸可動体１９には上記Ｘ軸と直交する方向（先端側アーム９の長手方向と一致するＹ軸方向）へ延出するＹ軸フレーム２３の基端部が固定され、該Ｙ軸フレーム２３にはＹ軸可動体２５がＹ軸方向へ移動可能に支持される。該Ｙ軸可動体２５はＹ軸移動部材２７によりＹ軸方向へ数値制御可能に往復移動される。

上記Ｙ軸可動体２５にはＸ軸及びＹ軸方向と直交する方向（Ｚ軸方向）へ延出するＺ軸フレーム２９のＺ軸方向中央部が固定され、該Ｚ軸フレーム２９にはＺ軸可動体３１がＺ軸方向へ移動可能に支持される。該Ｚ軸可動体３１はＺ軸移動部材３３によりＹ軸方向へ数値制御可能に往復移動される。

上記Ｘ軸移動部材２１、Ｙ軸移動部材２７及びＺ軸移動部材３３は対応するＸ軸フレーム１７、Ｙ軸フレーム２３及びＺ軸フレーム２９内にてそれぞれの長手方向に軸線を有して回転可能に軸支されると共に対応するＸ軸可動体１９、Ｙ軸可動体２５及びＺ軸可動体３１に設けられたナット（図示せず）に噛合わされる送りねじ（図示せず）と、それぞれの送りねじに駆動連結される数値制御可能なサーボモータ等の電動モータとにより構成され、各電動モータの駆動に伴って対応するＸ軸可動体１９、Ｙ軸可動体２５及びＺ軸可動体３１をそれぞれの方向へ移動させる。なお、符号２１，２７及び３３はＸ軸移動部材２１、Ｙ軸移動部材２７及びＺ軸移動部材３３の一部を構成する各電動モータを示す。

上記Ｚ軸可動体３１には上記したワーク加工具９が取り付けられる。図はワークに予め形成された開口Ｗａの内周円を切削加工するエンドミルを取り付けた例を示し、Ｚ軸可動体３１にＺ軸方向へ軸線を有した電動モータ３５の出力軸に固着されたスピンドルに対してチャック等（図示せず）を介して着脱可能に取り付けられる。

ワーク支持手段５は、上記加工手段３により加工されるワークＷを位置決め状態で支持（保持）するもので、本体３７の図示する後側（加工手段３側）の図示する左右側にてワークＷの長手方向幅に応じた間隔を設けて立設される左右一対の第１支持部材３９、本体３７の図示する前側の図示する左右側にてワークＷの長手方向幅に応じた間隔を設けて立設される左右一対の第２支持部材４１及び図示する前後方向及び左右方向の中間部に立設される中央支持部材４３により構成される。

これら第１及び第２支持部材３９，４１と中央支持部材４３はワークＷの裏面に対して支持部３９ａ、４１ａ、４３ａを当接して支持したり、先端部に設けられた吸着パッド（図示せず）によりワークＷの裏面を吸着したりして保持する。

各第１及び第２支持部材３９，４１及び中央支持部材４３としては、本出願人が所有する、例えば特許５７８７４２３号発明のようにワークＷの大きさや形状等に対応して各第１支持部材３９を図示する左右方向及び上下方向へ、また各第２支持部材４１を図示する前後方向、左右方向及び上下方向、更に中央支持部材４３を上下方向へそれぞれ位置調整可能に構成したものであってもよい。ワークＷの大きさや形状等に対応して各第１及び第２支持部材３９，４１及び中央支持部材４３を上記した方向へそれぞれ移動する機構に付いては上記した特許５７８７４２３号発明に記載されているため、その詳細な説明を省略する。

上記中央支持部材４３の左右両側で第１支持部材３９寄りの本体３７には、裏面支持手段７がそれぞれ設けられる。各裏面支持手段７は、上記加工手段３と同様に複数本のアーム４５が互いに揺動及び回動するように連結された多関節型産業ロボットで、先端側アーム４５の先端部に設けられた後述する吸着パッド４７を三次元移動してワークＷ裏面における複数の加工箇所周縁に位置するように駆動制御される。

上記裏面支持手段７の先端側アーム４５にはワークＷの裏面に近接または当接して切削屑を集塵する集塵部材４９が取付け部材５１を介して取り付けられる。該集塵部材４９は例えば円筒形状で、基端側（ワークＷ裏面に近接または当接する端部と反対側）の開口４９ａにガラス板、透明アクリル板等の透過板５３が取り付けられて閉鎖されている。

集塵部材４９における基端側の外周面には内部と連通する接続口部４９ｂが形成され、該接続口部４９ｂには負圧集塵装置（図示せず）に接続される集塵パイプ５５が接続されている。また、上記透過板５３の外側に応じた取付け部材５１には上記集塵部材４９の中心軸線と一致する方向に軸線を向けたＣＣＤカメラ等の撮像部材５７が取り付けられている。更に、上記集塵部材４９の先端側外周には負圧発生装置（図示せず）に接続され、ワークＷ裏面に対する当接に伴って弾性変形して伸縮する吸着パッド４７ａを有した吸着保持部材４７が取り付けられている。

なお、上記吸着保持部材４７にはリミットスイッチ等の吸着検知器（図示せず）が取り付けられ、該吸着検知器はワークＷ裏面に対する圧接により吸着パッド４７ａが弾性変形して縮小した際に裏面に検知ロッドが当接して吸着したことを検知する。

次に、加工位置の位置ずれ補正可能なワーク加工装置１の制御概略を説明すると、図５において制御手段５８のＣＰＵ５９にはプログラム記憶手段６１及び作業データ記憶手段６３が接続され、プログラム記憶手段６１には加工手段３を駆動制御してワークＷにおける複数個所の被加工箇所に所要の加工を実行するためのプログラムデータ、ワーク支持手段５に載置されたワークＷを加工する際に加工位置と被加工位置の位置ずれを検知して補正するためのプログラムデータ等が記憶される。

また、作業データ記憶手段６３はワークＷがワーク支持手段５に正規の位置決め状態で支持（保持）された状態でワークＷに設定された被加工位置における加工原点に関する三次元位置データを記憶する加工原点データ記憶領域６５、加工原点から三次元移動ヘッド１５を駆動して移動するワーク加工具１３によりワークＷに所要の加工を実行する加工データを記憶する加工データ記憶領域６７、ワークＷがワーク支持手段５に正規の位置決め状態で支持（保持）された際に撮像部材５７により撮像されたワークＷ裏面における被加工箇所の基準撮像データを記憶する基準撮像データ記憶領域６９、ワークの加工時にワーク支持手段５にワークＷが実際に支持（保持）された際に撮像部材５７により撮像されたワークＷ裏面における被加工箇所の実撮像データを記憶する撮像データ記憶領域７１及び後述する比較判別手段７５により判別された少なくとも二次元位置補正データを記憶する補正データ記憶領域７３、補正データ記憶領域７３に記憶された二次元位置補正データに基づいて補正された補正後加工原点データや加工データ記憶領域６７から読み出された加工作業に必要な加工データを記憶する作業バッファ領域７５等が設けられている。

加工原点データ記憶領域６５に記憶される加工原点データは、例えばワーク支持手段５に対してワークＷを正規の位置決め状態で支持（保持）した状態で各アーム９を旋回及び回動制御してワーク加工具１３を被加工箇所の加工原点へ移動させることにより教示入力する方法又は被加工箇所の加工原点の三次元位置座標データを直接数値入力する方法により行う。

ＣＰＵ５９には比較判別手段７７が接続され、ワークＷを加工する際にワーク支持手段５に支持されたワークＷの被加工箇所裏面に吸着パッド４７が吸着して吸着検知器から吸着検知信号が出力されたタイミングで撮像部材５７により撮像されて撮像データ記憶領域７１に記憶された撮像データの加工原点と基準撮像データ記憶領域６９に記憶された基準撮像データの加工原点を比較して少なくともＸ軸及びＹ軸方向に対する加工原点の位置ずれ量を判別して補正データとして補正データ記憶領域７３に記憶させる。

ＣＰＵ５９には加工手段駆動制御手段７９が接続され、該加工手段駆動制御手段７９は加工位置データ記憶領域６５に記憶されたワークＷに設定された被加工位置の三次元位置データに基づいて加工手段３を駆動制御してワーク加工具１３を加工位置へ移動制御させる。

ＣＰＵ５９には移動ヘッド駆動制御手段８１が接続され、移動ヘッド駆動制御手段８１は加工データ記憶領域６７に記憶された加工データに基づいて三次元移動ヘッド１５を駆動制御して移動するワーク加工具１３によりワークＷに所要の加工を実行させる。

次に、ワーク加工装置による加工位置補正作用及び方法を説明すると、ワーク支持手段５の第１及び第２支持部材３９，４１及び中央支持部材４１に、開口Ｗａの内周縁が切削加工されるワークＷを載置して支持（保持）させた後、裏面支持部材７の各アーム４５を加工原点データ記憶領域６５に記憶された加工原点データに基づいて旋回及び回動制御して集塵部材４９を、その上端開口がワークＷ裏面の開口Ｗａ周縁に近接または当接するように移動させる。このとき、ワークＷ裏面の開口Ｗａ周縁に対して吸着パッド４７を圧接してワークＷ裏面を吸着保持させる。（図６参照）

上記状態にて吸着検知器から出力される吸着検知信号に基づいて撮像部材５７を撮像駆動して開口Ｗａを含む周縁を撮像し、ワーク支持手段５にワークＷが実際に支持された状態における開口周縁の撮像データを撮像データ記憶領域７１に記憶させる。

比較判別手段７７は撮像データ記憶領域７１に記憶された撮像データと基準撮像データ記憶領域６９に記憶された上記開口Ｗａを含む周縁の基準撮像データとを比較し、両者の撮像データが一致している場合には、ＣＰＵ６３は加工手段駆動制御手段７９に加工原点データ記憶領域６５に記憶された加工原点データを実加工原点データとして、また加工データ記憶領域６７に記憶された上記開口Ｗａに付いての加工データを読み出して作業バッファ領域７５にそれぞれ記憶させる。（図７参照）

加工手段駆動制御手段７９は上記作業バッファ領域７５に記憶された実加工原点データに基づいて各アーム９を旋回及び回動制御してワーク加工具１３を上記開口Ｗａの加工原点へ移動させた後、移動ヘッド駆動制御手段８１は作業バッファ領域７５に記憶された上記開口Ｗａに付いての加工データに基づいて各アーム４５をそれぞれ旋回及び回動制御してワーク加工具１３を加工原点から順次二次元方向へ移動制御することにより開口Ｗａの内周縁を切削加工させる。

一方、撮像データ記憶領域７１に記憶された撮像データと基準撮像データ記憶領域６９に記憶された上記開口Ｗａの基準撮像データとが不一致の場合には、上記比較判別手段７７は基準撮像データ及び撮像データに予め設定された加工原点における二次元方向の位置ずれ量を判別して補正データ記憶領域７３に補正データを記憶させると、ＣＰＵ６３は補正データ記憶領域７３に記憶された補正データに基づいて補正された上記開口Ｗａの実加工原点データを、また上記開口Ｗａに付いての加工データをそれぞれ作業バッファ領域７５に記憶させる。（図８参照）

そして上記と同様に加工手段駆動制御手段７９は上記作業バッファ領域７５に記憶された実加工原点データに基づいて各アーム９を旋回及び回動制御してワーク加工具１３を上記開口Ｗａの実加工原点へ移動させた後、移動ヘッド駆動制御手段８１は作業バッファ領域７５に記憶された上記開口Ｗａに付いての加工データに基づいて各アーム４５をそれぞれ旋回及び回動制御してワーク加工具１３を実加工原点から順次二次元方向へ移動制御することにより開口Ｗａの内周縁を切削加工させる。

更に、ワーク支持手段５によるワークＷの支持位置が大きくずれて撮像部材５７により開口Ｗａの全体を撮像できない場合、即ち、開口Ｗａの撮像データの一部が欠落している場合には、位置ずれ量が大きく、補正不能と判断してエラー信号を出力し、作業者にワークＷの支持状態をやり直すように報知する。（図９参照）

なお、上記した開口Ｗａの切削加工時においては、少なくとも二次元方向へ移動するワーク加工具１３による切削加工に伴って切削屑が排出されるが、排出される切削屑は開口Ｗａの周縁に近接または当接して負圧形成され集塵部材４９により切削屑拐取装置へ回収され、ワークＷへの付着を防止している。

また、上記説明はワーク手に設けられた開口Ｗａの内周縁を切削加工する場合を例に説明し、開口Ｗａを含む基準撮像データと実撮像データに基づいて位置ずれ量を検知して補正データを演算する構成及び方法としたが、ワークＷの裏面に開口等のように位置ずれ判断の基準になる特徴部がない場合には、ワークＷの被加工箇所裏面に位置ずれの判断基準になる十字罫書き線や突部等のマークを予め設けておけばよい。

上記説明は、集塵部材４９、吸着保持部材と一体に撮像部材５７を設け、吸着保持部材によりワークＷの被加工箇所裏面を保持して位置ずれを規制した状態で被加工箇所周縁の裏面を撮像して位置ずれを検出する構成及び方法としたが、本発明においては必ずしも撮像部材を集塵部材４９、吸着保持部材４７と一体に設ける必要はなく、撮像部材のみを被加工箇所に応じて少なくとも二次元方向（Ｘ軸及びＹ軸方向へ移動可能に設けて被加工箇所周縁の裏面を撮像して位置ずれを検出する構成及び方法であってもよい。

この場合にあっては、ワークにおける被加工箇所の位置ずれを規制した状態で被加工箇所裏面を撮像する必要から吸着保持部材と撮像部材を一体に設け、ワークの被加工箇所周縁（撮像箇所周縁）を保持して位置ずれを規制した状態で撮像するのが望ましい。また、撮像手段に切削屑が付着して撮像不能になるのを回避するため、撮像部材を上記吸着保持部材と共に集塵手段と一体に設けて撮像部材に切削屑が付着して撮像不能になるのを防止するのが望ましい。

しかし、少なくとも二次元方向へ移動可能な撮像部材のみとする場合にあっては、撮像時に撮像部材を被加工箇所裏面へ移動すると共に加工時には切削屑の付着を回避することが可能な場所へ退避可能にするようにすればよい。

上記説明は、撮像データと基準撮像データとが不一致の場合に比較判別される補正データに基づいて予め設定されたワーク加工具の加工原点データを補正し、補正された実加工原点データに基づいてワーク加工具を移動制御して実加工原点へ移動させる構成及び方法としたが、設定加工原点データに基づいてワーク加工具を設定された加工限定位置を移動させた後に補正データに基づいて少なくともＸ軸移動部材２１及びＹ軸移動部材２７を駆動制御してワーク加工具を設定加工原点位置から実加工原点位置へ移動して加工原点位置を補正した後に加工を実行する構成及び方法としてもよい。

１ ワーク加工装置
３ 加工手段
５ ワーク支持手段
７ 裏面支持手段
９ アーム
１３ ワーク加工具
１５ 三次元移動ヘッド
１７ Ｘ軸フレーム
１９ Ｘ軸可動体
２１ Ｘ軸移動部材
２３ Ｙ軸フレーム
２５ Ｙ軸可動体
２７ Ｙ軸移動部材
２９ Ｚ軸フレーム
３１ Ｚ軸可動体
３３ Ｚ軸移動部材
３５ 電動モータ
３７ 本体
３９ 第１支持部材
３９ａ 支持部
４１ 第２支持部材
４１ａ 支持部
４３ 中央支持部材
４３ａ 支持部
４５ アーム
４７ 吸着保持部材
４７ａ 吸着パッド
４９ 集塵部材
４９ａ 開口
４９ｂ 接続口部
５１ 取付け部材
５３ 透過板
５５ 集塵パイプ
５７ 撮像部材
５８ 制御手段
５９ ＣＰＵ
６１ プログラム記憶手段
６３ 作業データ記憶手段
６５ 加工原点データ記憶領域
６７ 加工データ記憶領域
６９ 基準撮像データ記憶領域
７１ 撮像データ記憶領域
７３ 補正データ記憶領域
７５ 作業バッファ領域
７７ 比較判別手段
７９ 加工手段駆動制御手段
８１ 移動ヘッド駆動制御手段
Ｗ ワーク
Ｗａ 被加工箇所としての開口

Claims (6)

1. ワークをワーク加工具によって加工するワーク加工装置において、
   前記ワークの基準領域を記憶した基準領域記憶手段と、
   前記ワークの所定領域を撮像する撮像部材と、
   その撮像部材によって撮像された前記所定領域と、前記基準領域記憶手段に記憶された前記基準領域とに基づいて、前記ワーク加工具の移動量を補正して前記ワークを加工することを特徴とするワーク加工装置。
2. 前記ワークを吸着保持する吸着保持部材を設け、
   前記吸着保持部材は、前記撮像部材と一体的に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のワーク加工装置。
3. 前記ワーク加工具による加工に伴って排出される加工屑を負圧吸引して回収する集塵部材を設け、
   前記集塵部材は、前記撮像部材と一体的に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のワーク加工装置。
4. 前記撮像部材は、前記集塵部材が前記加工屑を負圧吸引する経路の途中に設けられ、前記撮像部材と前記経路との間には透過窓が設けられていることを特徴とする請求項３に記載のワーク加工装置。
5. 前記集塵部材は、その集塵部材の中心軸が前記撮像部材の撮像軸線に一致していることを特徴とする請求項３または請求項４に記載のワーク加工装置。
6. 前記集塵部材の端面は、前記吸着保持部材によって吸着保持された前記ワークの表面に対向していることを特徴とする請求項３乃至請求項５の何れかに記載のワーク加工装置。