JP2018039083A - 加工システムおよびロボットシステム - Google Patents

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Abstract

【課題】高精度かつ高速な加工を可能とするとともに、工作機械やロボットの停止時間を短縮して加工効率を向上する。【解決手段】複数のワークＡ，Ｂを固定するテーブル７を２次元的に移動させ、テーブル７の移動方向に直交する方向に刃物軸を駆動しながら、一のワークＡを加工する工作機械２と、工作機械２のテーブル７にアクセス可能な位置に配置され、テーブル７に固定された他の一のワークＢに対して処理を施すロボット３と、テーブル７の位置情報に基づいて、テーブル７の動作に追従するようロボット３を制御するロボット制御部４とを備える加工システム１を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、加工システムおよびロボットシステムに関するものである。
従来、静止している加工テーブル上に複数のワークを固定して、該ワークに対して刃物軸が移動することにより加工を行う工作機械を備えた加工システムにおいて、刃物による加工を行いながら加工済みのワークを洗浄したり、加工済みのワークをロボットによる取り出して未加工のワークに交換したりする加工システムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００９−２９７８６１号公報
しかしながら、特許文献１に記載された加工システムにおいては、一般には大重量の刃物軸を移動させなければならず、加工精度および加工速度を向上することができないという不都合がある。一方、刃物軸をテーブルの移動方向に直交する方向のみに移動させ、ワークを固定した加工テーブルを水平方向に移動させて加工を行う工作機械においては、刃物軸を移動して加工する工作機械と比較して、移動させる重量が小さく、加工精度および加工速度を向上することができる。その反面、加工済みのワークの洗浄や交換等の処理を行う際に工作機械を停止する必要があるとともに、ワークの加工中にはワークに対して処理を施すロボットを停止しておく必要があり、加工効率を向上することができないという不都合がある。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、高精度かつ高速な加工を可能とするとともに、工作機械やロボットの停止時間を短縮して加工効率を向上することができる加工システムおよびロボットシステムを提供することを目的としている。
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、複数のワークを固定するテーブルを２次元的に移動させ、該テーブルの移動方向に直交する方向に刃物軸を駆動しながら、一の前記ワークを加工する工作機械と、該工作機械の前記テーブルにアクセス可能な位置に配置され、前記テーブルに固定された他の一の前記ワークに対して処理を施すロボットと、前記テーブルの位置情報に基づいて、前記テーブルの動作に追従するよう前記ロボットを制御するロボット制御部とを備える加工システムを提供する。
本態様によれば、工作機械のテーブルに複数のワークを固定して２次元的に移動させ、該テーブルの移動方向に直交する方向に刃物軸を駆動しながらテーブル上の一のワークを加工する一方、ロボット制御部が、テーブルにアクセス可能な位置に配置されたロボットをテーブルの動作に追従するように制御して、テーブル上の他の一のワークに対して処理が施される。これにより、ワークを移動させる加工方式によって加工精度および加工速度の向上を図るとともに、工作機械による一のワークの加工終了を待つことなく、ワークの加工中に、他のワークの処理を行うことができ、ワークを処理するためのロボットおよび工作機械の待機時間を短縮し、加工効率を向上することができる。
上記態様においては、前記ロボット制御部は、前記テーブルが停止している状態で前記他の一のワークに対して処理を施すための前記ロボットの動作に、前記テーブルの動作を重ね合わせた動作を実施させるように、前記ロボットを制御してもよい。
このようにすることで、ワークを固定しているテーブルを移動させながら、テーブル上の一のワークを加工中に、ロボットをテーブルの動作に追従させて、あたかも静止しているテーブル上の加工していない他の一のワークに対するかのようにロボットを動作させて処理を行うことができる。
また、上記態様においては、前記ロボットが前記ワークを把持可能なハンドを備え、前記他の一のワークに対する前記ロボットの処理が、前記ハンドを用いた前記ワークの前記テーブルからの取り出しおよび前記ワークの前記テーブルへの取り付けであってもよい。
このようにすることで、ワークを固定しているテーブルを移動させながら、テーブル上の一のワークを加工中に、ロボットに備えられたハンドによって、移動しているテーブル上の他の一のワークをテーブルから取り外しあるいは移動しているテーブルに他の一のワークを取り付けることができる。すなわち、加工時にテーブルを移動させる方式の工作機械においても一のワークの加工中に、加工済みのワークを取り出して、未加工のワークをテーブルに装着することができる。
また、上記態様においては、前記工作機械が、前記テーブルを駆動するモータと、該モータの回転角度を検出することにより前記テーブルの前記位置情報を取得するエンコーダと、該エンコーダにより検出された回転角度に基づいて前記モータを制御する機械制御部とを備え、該機械制御部が、前記エンコーダにより取得された前記テーブルの前記位置情報を前記ロボット制御部に送信してもよい。
このようにすることで、工作機械において、ワークを加工する際にテーブルを駆動するモータを制御するためにエンコーダにより検出されたモータの回転角度をロボット制御部に送信することで、ロボット制御部が、工作機械のテーブルの位置情報を取得して、テーブルの動作に追従するようロボットを制御することができる。
また、上記態様においては、前記位置情報が、前記テーブルに設けられたリニアスケールにより取得されてもよい。
また、前記位置情報が、前記リニアスケールに代えて、レーザー測距装置等の測距センサにより取得されてもよい。
また、上記態様においては、前記位置情報が、前記テーブルを駆動する前記モータを制御する前記エンコーダとは別に、ボールネジ等のテーブル駆動部に取り付けられたエンコーダにより取得されてもよい。
このようにすることで、リニアスケールやその他のテーブルの位置を検出する装置によってテーブルの位置情報を直接検出し、ロボット制御部によるロボットの制御に利用することができる。
また、本発明の他の態様は、複数のワークを固定するテーブルを２次元的に移動させ、該テーブルの移動方向に直交する方向に刃物軸を駆動しながら、一の前記ワークを加工する工作機械の前記テーブルにアクセス可能な位置に配置され、前記テーブルに固定された他の一の前記ワークに対して処理を施すロボットと、前記テーブルの位置情報を検出する位置情報検出部と、該位置情報検出部により検出された前記位置情報に基づいて、前記テーブルの動作に追従するよう前記ロボットを制御するロボット制御部とを備えるロボットシステムを提供する。
本発明によれば、高精度かつ高速な加工を可能とするとともに、工作機械やロボットの停止時間を短縮して加工効率を向上することができるという効果を奏する。
本発明の一実施形態に係る加工システムの全体構成を示す平面図である。 図１の加工システムを示す正面図である。 図１の加工システムにおけるロボットの動作を説明するフローチャートである。 図３のフローチャートの加工済ワーク払い出しルーチンを示すフローチャートである。 図３のフローチャートの未加工ワーク設置ルーチンを示すフローチャートである。 図１の加工システムにおいてロボットをテーブルの動作に追従させて、（ａ）ハンドをワークの上方に配置し、（ｂ）ハンドを下降させ、（ｃ）ワークを把持し、（ｄ）ワークを取り上げた状態をそれぞれ示す図である。 参考例としての従来の加工システムによるワークの加工のタイムチャートを示す図である。 図１の加工システムによるワークの加工のタイムチャートを示す図である。 図１の加工システムの第１の変形例を示す平面図である。 図１の加工システムの第２の変形例を示す平面図である。 図１の加工システムの第３の変形例を示す平面図である。
本発明の一実施形態に係る加工システム１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る加工システム１は、図１に示されるように、工作機械２と、ロボット３と、該ロボット３を制御するロボット制御装置（ロボット制御部）４と、未加工のワークＷ１を供給する供給コンベア５と、加工済みのワークＷ２を払い出す払い出しコンベア６とを備えている。
工作機械２は、図１および図２に示されるように、上面にワークＷ１を固定して水平２軸方向に移動させるテーブル７と、鉛直軸線に沿って工具、例えば、ドリル刃を上下動させるとともに、該ドリル刃を鉛直軸線回りに回転させる刃物軸８と、テーブル７および刃物軸８を駆動するモータ９と、各モータ９の回転角度を検出するエンコーダ１０と、該エンコーダ１０により検出された回転角度に基づいて各モータ９を制御する機械制御装置（機械制御部）１１とを備えている。また、機械制御装置１１は、ロボット制御装置４に接続され、テーブル７の位置制御のためにエンコーダ１０により検出しているモータ９の回転角度の情報をロボット制御装置４に送信するようになっている。
テーブル７には、図１に示されるように、２つのワークＡ，Ｂを固定することができるようになっている。テーブル７への各ワークＡ，Ｂの固定は、油圧シリンダ、空気圧シリンダ、モータあるいは磁石等のアクチュエータによって駆動される図示しないクランプ等の任意の固定手段によって行われるようになっている。また、本実施形態において、テーブル７上に固定される２つのワークは、未加工および加工済みを問わず、ワークＡ，Ｂと示す。
ロボット３は、例えば、６軸多関節型ロボットであって、手首の取付面にワークＷ１，Ｗ２を把持するハンド１２を備えている。なお、ロボット３の形式は、ワークＷ１，Ｗ２をハンドリングできる可搬重量と動作範囲とを有するものであれば任意でよい。
ロボット制御装置４は、工作機械２の機械制御装置１１から送られてくる回転角度の情報に基づいて、工作機械２のテーブル７の位置情報を取得するようになっている。そして、ロボット制御装置４は、ロボット３の各軸を駆動して、手首に備えたハンド１２によってテーブル７上の加工済みのワークＷ２を把持し、把持した加工済みのワークＷ２をテーブル７上から取り出して、加工済みワークＷ２の払い出しコンベア６まで移動してワークＷ２を解放した後、ハンド１２を供給コンベア５まで移動して、供給されて来た未加工のワークＷ１をハンド１２によって把持し、把持した未加工のワークＷ１をテーブル７の所定位置に移動してワークＷ１を解放する動作を繰り返させるようになっている。
この場合において、ロボット制御装置４は、ロボット３が加工済みのワークＷ２をテーブル７上から取り出すときには、静止しているテーブル７上の加工済みのワークＷ２を取り出すための動作にテーブル７の動作を重ね合わせた動作を行わせるようにロボット３を制御（トラッキング）するようになっている。また、ロボット制御装置４は、ロボット３が未加工のワークＷ１をテーブル７上に供給するときには、静止しているテーブル７上にワークＷ１を供給するための動作に、テーブル７の動作を重ね合わせた動作を行わせるようにロボット３を制御（トラッキング）するようになっている。
このように構成された本実施形態に係る加工システム１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る加工システム１を用いてワークＷ１の加工を行うには、工作機械２のテーブル７に２つのワークＡ，Ｂを固定する。そして、工作機械２の座標系とロボット３の座標系との対応関係を取得しておく。座標系の対応関係を取得する方法は任意の公知の方法を用いることができる。
工作機械２により一方のワークＡの加工を開始するには、機械制御装置１１によってテーブル７および刃物軸８のモータ９をプログラムに従って駆動する。このとき、各モータ９に備えられたエンコーダ１０によりモータ９の回転角度が検出され、検出された回転角度に基づいて各モータ９がフィードバック制御される。
検出されたテーブル７のモータ９の回転角度の情報は、機械制御装置１１に接続されているロボット制御装置４に逐次送られる。また、テーブル７上に固定されたワークＡ，Ｂの加工が終了したときには、機械制御装置１１から、加工終了を知らせる信号が、ロボット制御装置４に送られる。
ロボット制御装置４は、図３に示されるように、ワークＡの加工終了を知らせる信号が入力されたか否かを判定し（ステップＳ１）、入力された場合には、加工済ワーク払い出しルーチンＳ２と未加工ワーク設置ルーチンＳ３を実施するようになっている。
加工済ワーク払い出しルーチンＳ２においては、加工済みのワークＡをテーブル７から取り出すようにロボット３を動作させる。このとき、工作機械２は他のワークＢの加工を行っている。すなわち、ワークＢを加工するためにテーブル７が水平方向に移動しており、加工済みのワークＡもワークＢと同時に移動している。
ロボット３によって加工済みのワークＡをテーブル７から取り出す作業においては、図４に示されるように、まず、ロボット制御装置４はロボット３にトラッキングを開始させる（ステップＳ２１）。トラッキングが開始されると、ロボット制御装置４は、図６（ａ）から図６（ｄ）に示されるように、停止しているテーブル７上のワークＡを取り出すためのロボット３の動作に、テーブル７の動作を重ね合わせた動作をロボット３に実施させるように制御する。
具体的には、テーブル７の動作によるワークＡの動きに追従させてハンド１２を移動させハンド１２によってワークＡを把持する（ステップＳ２２）と同時にワークＡをテーブル７上に固定しているクランプを解放する（ステップＳ２３）。この後に、ハンド１２を上昇させてテーブル７からワークＡを取り出す（ステップＳ２４）。この時点でトラッキングを終了する（ステップＳ２５）。
払い出しコンベア６の払い出し場所が空いているか否かを確認し（ステップＳ２６）、空いていない場合には空くまで待機する。払い出し場所が空いた場合には、ハンド１２を移動させて、把持したワークＡを払い出しコンベア６まで搬送し、払い出し場所において１２ハンドを開いてワークＡを解放する（ステップＳ２７）。
次に、未加工ワーク設置ルーチンＳ３においては、図５に示されるように、ロボット３は、未加工のワークＷ１を供給する供給コンベア５の供給場所に未加工のワークＷ１が供給されているか否かを確認し（ステップＳ３１）、供給されていない場合には、供給されるまで待機する。未加工のワークＷ１が供給された場合には、ハンド１２を供給場所に移動して未加工のワークＷ１をハンド１２によって把持し、未加工のワークＷ１を取り出す（ステップＳ３２）。
この後に、ロボット制御装置４はロボット３にトラッキングを開始させる（ステップＳ３３）。これにより、ワークＢを加工しているテーブル７の動作に追従させてハンド１２を移動させ、テーブル７上の固定箇所に一致する位置に未加工のワークＷ１を維持するようロボット３を動作させている間に、クランプによるワークＷ１の固定（ステップＳ３４）とハンド１２からのワークＷ１の解放（ステップＳ３５）とを実施させる。そして、ハンド１２がワークＷ１に接触しない位置まで退避させた状態で（ステップ３６）トラッキングを終了し（ステップＳ３７）、テーブル７に設置した未加工のワークＷ１の加工が可能である旨の信号を工作機械２に送信する（ステップＳ３８）。
そして、この時点で、加工の終了指示が入力されているか否かを確認し（ステップＳ４）、入力されていない場合には、ワークＢの加工終了を知らせる信号が入力されたか否かを判定し（ステップＳ５）、入力された場合には、加工済ワーク払い出しルーチンＳ２と未加工ワーク設置ルーチンＳ３を実施する。その後、加工の終了指示が入力されているか否かを確認し（ステップＳ６）、入力されていない場合には、ステップＳ１からの工程が繰り返される。
このように、本実施形態に係る加工システム１によれば、刃物軸８による鉛直方向の加工とテーブル７の水平方向の送りとを組み合わせて、テーブル７に固定したワークＡ，Ｂを３次元的に加工する工作機械２において、一のワークＡを加工中に、ロボット３により他の一の加工済みのワークＢの取り出しおよび未加工のワークＷ１の設置を行うことができる。すなわち、大重量となる刃物軸８を水平方向に移動させないことで高い加工速度および加工精度を達成することができる工作機械２に対して、ロボット３および工作機械２の待ち時間を短縮して加工効率を大幅に向上することができるという利点がある。
さらに詳細には、図７に示されるように、従来はワークＡの加工中はロボット３０が停止しており、ワークＡの加工が終了して工作機械２０が停止しているときにのみロボット３０によるワークＡの付け替えが行われていたが、本実施形態によれば、図８に示されるように、ワークＡの加工中に加工済みのワークＢの取り外しと払い出しおよび未加工のワークＢの取り出しと装着を実施することができ、ロボット３の停止時間をなくすことができる。加工時間によっては、工作機械２の停止時間がなくなり、ロボット３が短い時間だけ停止することもある。
なお、本実施形態においては、テーブル７上に２つのワークＡ，Ｂを配置して一方のワークＡの加工時に他方のワークＢをロボット３で処理することとしたが、これに変えて、図９に示されるように、３つ以上（図９では４つ）のワークＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄをテーブル７上に配置して一のワークＡの加工時に他の一以上のワークＢ，Ｃ，Ｄをロボット３で処理することにしてもよい。
また、図１０に示されるように、テーブル７上に、鉛直軸線回りに回転可能なターンテーブル１３を配置し、加工済みのワークＷ２を取り出しやすい位置に移動させることができる工作機械２に適用してもよい。ロボット３によるワークＷ１，Ｗ２の処理をターンテーブル１３の回転にも同期させて実施することで、さらに生産性を向上することができる。
また、本実施形態においては、ロボット３が加工済みのワークＷ２を未加工のワークＷ１に交換する処理を行う場合について説明したが、ロボット３による処理は、ワークＷ１，Ｗ２の交換に限定されるものではなく、ワークＷ１，Ｗ２の洗浄等の他の任意の処理を実施することにしてもよい。
また、本実施形態においては、工作機械２がワークＷ１の加工を実施する際に、テーブル７を駆動するモータ９のエンコーダ１０により検出された回転角度をテーブル７の位置情報としてロボット３に送信することとしたが、エンコーダ１０に代えて、テーブル７にリニアスケール（図示略）を取り付けることにしてもよい。すなわち、リニアスケールによってテーブル７の位置情報を直接取得し、取得された位置情報に基づいてロボット３を制御することにしてもよい。
また、リニアスケールに代えて、レーザー測距装置等の測距センサを用いて位置情報を取得してもよい。さらに、テーブル７の位置情報は、テーブル７を駆動するモータ９を制御するエンコーダ１０とは別に、ボールネジ等のテーブル駆動部（図示略）に取り付けられたエンコーダ（図示略）により取得されてもよい。さらにまた、エンコーダ１０により検出された回転角度の情報およびリニアスケールやその他のテーブル７の位置を検出する装置により検出された位置情報を組み合わせて使用することにしてもよい。
また、本実施形態においては、工作機械２の外側にロボット３を配置した例を示したが、これに代えて、図１１に示されるように、工作機械２の内部に、工作機械２のベース２ａにロボット３を設置してもよい。
また、本発明においては、ロボット３と工作機械２とを備える加工システム１について説明したが、これに代えて、ロボット３と、工作機械２のテーブル７に装着してテーブル７の位置情報を検出するセンサ（位置情報検出部）と、該センサにより検出された位置情報に基づいてロボット３を制御するロボット制御装置４とを備えるロボットシステムを採用してもよい。ロボット制御装置４によるロボット３の制御方法は上記と同様である。本実施形態によれば、既存の工作機械２のテーブル７にセンサを設置してテーブル７の位置情報を検出して、上記の加工システム１と同様の効果を奏することができる。
１ 加工システム
２ 工作機械
３ ロボット
４ ロボット制御装置（ロボット制御部）
７ テーブル
８ 刃物軸
９ モータ
１０ エンコーダ
１１ 機械制御装置（機械制御部）
１２ ハンド
１３ ターンテーブル
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｗ１，Ｗ２ ワーク

Claims (6)

  1. 複数のワークを固定するテーブルを２次元的に移動させ、該テーブルの移動方向に直交する方向に刃物軸を駆動しながら、一の前記ワークを加工する工作機械と、
    該工作機械の前記テーブルにアクセス可能な位置に配置され、前記テーブルに固定された他の一の前記ワークに対して処理を施すロボットと、
    前記テーブルの位置情報に基づいて、前記テーブルの動作に追従するよう前記ロボットを制御するロボット制御部とを備える加工システム。
  2. 前記ロボット制御部は、前記テーブルが停止している状態で前記他の一のワークに対して処理を施すための前記ロボットの動作に、前記テーブルの動作を重ね合わせた動作を実施させるように、前記ロボットを制御する請求項１に記載の加工システム。
  3. 前記ロボットが前記ワークを把持可能なハンドを備え、
    前記他の一のワークに対する前記ロボットの処理が、前記ハンドを用いた前記ワークの前記テーブルからの取り出しおよび前記ワークの前記テーブルへの取り付けである請求項１または請求項２に記載の加工システム。
  4. 前記工作機械が、前記テーブルを駆動するモータと、該モータの回転角度を検出することにより前記テーブルの前記位置情報を取得するエンコーダと、該エンコーダにより検出された回転角度に基づいて前記モータを制御する機械制御部とを備え、
    該機械制御部が、前記エンコーダにより取得された前記テーブルの前記位置情報を前記ロボット制御部に送信する請求項１から請求項３のいずれかに記載の加工システム。
  5. 前記位置情報が、前記テーブルに設けられたリニアスケールにより取得される請求項１から請求項３のいずれかに記載の加工システム。
  6. 複数のワークを固定するテーブルを２次元的に移動させ、該テーブルの移動方向に直交する方向に刃物軸を駆動しながら、一の前記ワークを加工する工作機械の前記テーブルにアクセス可能な位置に配置され、前記テーブルに固定された他の一の前記ワークに対して処理を施すロボットと、
    前記テーブルの位置情報を検出する位置情報検出部と、
    該位置情報検出部により検出された前記位置情報に基づいて、前記テーブルの動作に追従するよう前記ロボットを制御するロボット制御部とを備えるロボットシステム。

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