JP4314741B2

JP4314741B2 - ワーク搬入確認装置

Info

Publication number: JP4314741B2
Application number: JP2000386808A
Authority: JP
Inventors: 真治吉川
Original assignee: Murata Machinery Ltd
Current assignee: Murata Machinery Ltd
Priority date: 2000-12-20
Filing date: 2000-12-20
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2020-12-20
Also published as: JP2002187039A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、旋盤等の工作機械のワーク保持部に対して、ローダがワークを適正に搬入したことを確認するワーク搬入確認装置に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
ローダにより、旋盤の主軸チャックにワークを搬入する場合、ワークの先端が主軸チャックのワーク着座面の位置に接する位置まで運び、そのワークを主軸チャックに設けられたチャック爪で把持する。ローダは数値制御されており、その制御による座標に誤りがあったり、機器に誤差等があると、ワーク着座面に密着せずに浮き上がった状態でチャックされることになる。これは、加工精度の低下やワーク外れの要因となる。
【０００３】
ワークの着座を確実に行う方法として、ローダによるワーク搬入時において、ローダの負荷トルクによりワークの着座を検出するものがある。しかし、ローダでワークを押し付けたときに、チャック爪が滑ることがあり、正しい値を検知できない。また、着座位置の少し手前で位置決めし、プッシャで押し付けるといったサイクルを使用する場合があるが、この場合も、上記のワーク搬入時のローダの負荷トルクにより着座検出する方法は採れない。
【０００４】
この発明の目的は、ローダの動作を利用して、正しくワークが搬入されたか否かを信頼性良く確認できる簡単な構成のワーク搬入確認装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明の構成を実施形態に対応する図１と共に説明する。このワーク搬入確認装置は、工作機械（１）のワーク保持部（２）に対して、ローダ（５）がワーク（Ｗ）を適正に搬入したことを確認するワーク搬入確認装置であって、ワーク保持部（２）に保持されたワーク（Ｗ）の端面にローダ（５）の一部であるローダチャック（１４）のチャック爪（１４ａ）を当て付ける動作をローダ（５）に行わせる確認動作指令手段（２１Ｂ）と、その当て付けられたときのワーク端面の位置を検出するワーク位置検出手段（３１）と、検出されたワーク（Ｗ）の位置および予め設定されているワーク（Ｗ）の寸法（Ｈ）に基づき、ワーク（Ｗ）が前記ワーク保持部（２）に密着して保持されているか否かを判定するワーク着座判定手段（３２）とを備える。
この構成によると、ワーク（Ｗ）がローダ（５）によってワーク保持部（２）に保持された後、確認動作指令手段（２１Ｂ）の指令によるローダ（５）の動作により、ワーク（Ｗ）の端面にローダ（５）のチャック爪（１４ａ）を当て付ける。この当て付けられたときのワーク（Ｗ）の端面の位置を、ワーク位置検出手段（３１）が検出する。この端面位置の検出は、位置データとして得る必要はなく、ローダ（５）がワーク（Ｗ）の端面に当たった位置にあることが検出できれば良い。ワーク着座判定手段（３２）は、このように検出されたワークの位置と、予め設定されているワークの寸法に基づき、ワーク（Ｗ）が前記ワーク保持部（２）に密着して保持されているか否かを判定する。
このように、ローダ（５）の動作を利用して搬入確認を行うため、搬入確認用の特別な装置を別に設ける必要がなく、簡単な構成で済む。また、搬入時ではなく、ワーク保持部（２）にワーク（Ｗ）が保持された後に、その着座を確認するため、搬入動作時の滑り等が検出誤差に影響せず、正しい着座確認が行える。また、ワーク保持部（２）に搬入された後に検出するため、ローダ（５）による搬入動作の制御方法等にかかわらずに着座確認が行える。
【０００６】
この発明において、前記ワーク着座判定手段（３２）は、上記ワーク保持部（２）に密着して保持されている場合のワーク（Ｗ）の端面位置よりも手前の位置で上記ローダ（５）の上記チャック爪（１４ａ）が当たった場合に、ワーク（Ｗ）がワーク保持部（２）に対して密着せずに保持されている不良状態であることを検出するものであっても良い。
このように、手前位置でローダ（５）のチャック爪（１４ａ）が当たったことを検出することで着座不良を検出するものとすることにより、ワーク位置検出手段（３１）は、特に位置データとして検出しなくても、手前位置で当たったか否かを検出できるもので済む。
【０００７】
この発明において、前記ワーク位置検出手段（３１）は、ローダ（５）の前記チャック爪（１４ａ）をワーク（Ｗ）への当て付け方向に移動させるサーボモータ（１３）の負荷トルクの変化によりワーク位置を検出するものであっても良い。
ローダ（５）の上記チャック爪（１４ａ）がワーク（Ｗ）に当たったときに、ローダ（５）を駆動するサーボモータ（１３）の負荷トルクが増大する。したがって、この負荷トルク、つまり外乱トルクを検出することにより、ローダ（５）がワーク（Ｗ）の端面に当たった位置にあることが検出される。負荷トルクの検出手段（３０）は、ローダの各種の制御、例えば過負荷検出による安全確保等のために、ローダ（５）に備えられていることが多い。そのため、負荷トルクの変化によりワーク位置を検出するものとすることにより、専用の機器が不要となり、ワーク位置検出手段が簡単な構成でもので済む。
【０００８】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施形態を図面と共に説明する。図２は、この発明を適用するローダと外部装置である工作機械の一例を示す斜視図である。工作装置１は、タレット式の平行２軸型の旋盤であり、主軸チャックからなるワーク保持部２とタレット式の刃物台３を２組備え、かつワーク反転装置４を有している。ワーク反転装置４は、２個の反転装置チャック４ａ，４ｂを有している。
【０００９】
ローダ５はガントリ式のものであり、架設レール６に沿って走行する走行台７に、前後移動台８を介して昇降ロッド９を昇降可能に設け、昇降ロッド９の下端にローダヘッド１０が設けてある。図３に示すように、ローダヘッド１０には、２個のローダチャック１４が、ワーク保持部２に対面する前向き姿勢と下向き姿勢とに設けられ、チャック１４，１４の位置が入れ替え可能とされている。これら走行台７の走行（Ｘ軸方向移動）、前後移動台８の前後動（Ｚ軸方向移動）、および昇降ロッド９の昇降（Ｙ軸方向移動）は、図１の各サーボモータ１１〜１３の駆動で行われる。
【００１０】
図１は、このワーク搬入確認装置を含むローダ制御装置の概念構成のブロック図である。ローダ制御装置２０はコンピュータによる数値制御式のものであり、ローダプログラム２１をＣＰＵやメモリ等からなる演算制御部２２で実行してローダ５の動作を制御するものとしてある。ローダプログラム２１は、ローダヘッド１０を各位置に移動させる軸移動指令と、ローダヘッド１０のローダチャック１４を開閉させるチャック指令等の各種シーケンス制御指令等が記述される。演算制御部２２は、ローダプログラム２１を解読し、各移動指令に対応する指令を各軸（Ｘ〜Ｚ軸）のサーボコントローラ２５〜２７に出力すると共に、ローダプログラム２１におけるチャック指令等のシーケンス制御指令を、チャック開閉制御部２４等の各シーケンス制御部（図示せず）に転送する。チャック開閉制御部２４はローダチャック１４の開閉を制御する手段である。
【００１１】
各軸のサーボコントローラ２５〜２７の制御により、上記各軸のサーボモータ１１〜１３が駆動される。各サーボモータ１１〜１３は、パルスコーダ等からなる位置検出器１１ａ〜１３ａを有し、サーボコントローラ２５〜２７は、位置フィードバック制御を行う。各軸のサーボモータ１１〜１３の駆動系には、トルク検出手段２８〜３０がそれぞれ設けられている。これらトルク検出手段２８〜３０は、例えば各軸サーボモータ１１〜１３に供給する電流を検出する電流計等からなる。各トルク検出手段２８〜３０の検出トルクは、この発明で行う着座確認のための制御の他のローダ５の制御にも用いられる。例えば、ローダ５が衝突を生じた場合に生じる過負荷を検知してローダ５を停止させる制御や、ローダ５の停止位置の教示等に利用される。
【００１２】
この実施形態のワーク搬入確認装置は、このようなローダ制御装置２０において、次の確認動作指令手段２１Ｂと、ワーク位置検出手段３１と、ワーク着座判定手段３２とを設けたものである。
【００１３】
確認動作指令手段２１Ｂは、ローダ５がワーク保持部２にワークＷを搬入した後に、ワーク保持部２に保持されたワークＷの端面にローダ５の一部を当て付ける動作をローダ５に行わせる指令を演算制御部２２に与える手段である。上記ローダ５の一部は、ローダチャック１４のチャック爪１４ａとされる。確認動作指令手段２１Ｂは、ローダプログラム２１の一部として設けられる。すなわちローダプログラム２１は、ワークＷをワーク保持部２に搬入する動作など、ロータ５の一般的な搬入搬出動作を指令する搬入動作のプログラム部分２１Ａと、上記確認動作指令手段２１Ｂとなる着座確認のためのプログラム部分とを含む。
確認動作指令手段２１Ｂは、ワーク保持部２に保持されたワークＷの端面にローダ５の一部であるチャック爪１４ａを当て付ける指令群の一部として、Ｚ軸方向の軸移動指令を有している。この軸移動指令の移動先となるＺ軸位置は、ワークＷの軸方向寸法に対応する位置であり、このＺ軸位置が予め設定されているワークＷの寸法Ｈのデータとなる。
【００１４】
ワーク位置検出手段３１は、ローダ５をワークＷへの当て付け方向に移動させるＺ軸サーボモータ１３の負荷トルクの変化によりワーク位置を検出するものである。ワーク位置検出手段３１は、Ｚ軸サーボモータ１３に対するトルク検出手段３０の検出値を監視し、設定トルクに達すると、ローダ５がワーク端面に当たったと判定する当接判定信号を出力する。上記設定トルクは、予め試験運転等で得たデータによって、適切な値をオペレータが選択し、設定しておく。
【００１５】
ワーク着座判定手段３２は、ワーク位置検出手段３１により検出されたワークＷの端面位置および予め設定されているワークＷの寸法Ｈに基づき、ワークＷがワーク保持部２に密着して保持されているか否かを判定する手段である。具体的には、ワーク着座判定手段３２は、検出動作指令手段２１Ｂの指令によりローダ５がワーク端面に向かって移動しているときに、指令されたＺ軸位置に達するまでにワーク位置検出手段３１が当たりを検出すると、着座不良と判定するものとしてある。指令されたＺ軸位置に達したか否かは、例えばＺ軸サーボコントローラ２７における位置偏差が零となったことで認識する。ワーク着座判定手段３２は着座不良と判定した場合に、アラーム信号等を出力する。
【００１６】
上記構成の動作を説明する。搬入時において、ローダ５は、図３に鎖線で示すようにワーク保持部２に向かってローダヘッド１０をＺ軸方向に所定位置まで移動させる。この後、ワーク保持部２がチャック爪２ａを閉じ、ワークＷを保持する。この保持の後、図４に示すように、ワークＷがワーク保持部２の着座面Ａに正しく着座しているか否かの確認動作を行う。
この確認動作は、確認動作指令手段２１Ｂの指令により、次のように行う。上記のワークＷの搬入の後、ローダ５をＺ軸方向に退避移動させ、ローダチャック１４の所定のチャック爪１４ａが、ワークＷの端面の中心に位置するように、ローダ５のＹ軸位置を変更する。この後、ローダ５をワーク端面に向かって所定位置Ｚ_Hまで、つまりワーク寸法Ｈに対応するＺ軸位置として設定された位置Ｚ_Hまで移動させる。
【００１７】
この間、ワーク位置検出手段３１は、Ｚ軸サーボモータ１３の負荷トルクをトルク検出手段３０の検出値によって監視する。図４（Ａ）に示すように、ローダ５がワーク寸法対応位置Ｚ_Hまで移動する間に、負荷トルクが設定トルクを超えたことがワーク位置検出手段３１によって検出されなかったときは、ワーク着座判定手段３２は、適正に着座されたと判定する。
図４（Ｂ）に示すように、ワークＷが着座面Ａから浮き上がって保持されている場合は、ローダ５がワーク寸法対応位置Ｚ_Hに達するまでの距離ΔＺだけ手前位置で、ローダ５のチャック爪１４ａがワーク端面に押しつけられる。このとき、ローダ５は、指令位置まで移動しようとするため、ローダ５のＺ軸サーボモータ１３の負荷が増大する。この負荷の増大をワーク位置検出手段３１が監視し、設定トルクを超えると、ワーク端面の検出信号を出力する。ワーク着座判定手段３２は、Ｚ軸サーボコントローラ２７の位置偏差（指令位置に対するフィードバック信号の偏差）等から目標のワーク寸法対応位置Ｚ_Hに達したか否かを認識しており、ワーク寸法対応位置Ｚ_Hに達するまでにこのワーク端面の検出信号を受けることで、着座不良と判定する。
【００１８】
このワーク搬入確認装置は、このように、ローダ５の動作を利用して搬入確認を行うため、搬入確認用の特別な装置を別に設ける必要がなく、簡単な構成で済む。また、搬入時ではなく、ワーク保持部２にワークＷが保持された後に、その着座を確認するため、搬入動作時の滑り等が検出誤差に影響せず、正しい着座確認が行える。また、ワーク保持部２に搬入された後に検出するため、ローダ５による搬入動作の制御方法等にかかわらずに着座確認が行える。さらに、ワーク保持部２にワークＷが保持された後に、着座確認をするため、異形ワークであっても着座確認が行え、ワーク形状によって、着座確認のための段取り替えを行うことも不要である。
【００１９】
次に、上記のモータトルクによる当たり確認が正しく行えるか否かを検証した実験例を説明する。ローダ５のＹ軸が伸びきった状態でＺ軸方向に押し付けを行った場合、実際に干渉している位置から遠く離れているので、ローダ５の剛性によってＺ軸モータ１３に及ぼす影響に差が出る。このため、検証のための予備実験を行った。
実験方法は、図５に示すように、実際に干渉を起こさせて外乱トルクデータを確認する方法であり、▲１▼ローダ５の下降、▲２▼Ｚ軸イン（ワーク保持部２側への移動）、▲３▼ＤＷＬＬ（所定の時間だけ次の動作に入るのを遅らせる動作）、▲４▼Ｚ軸アウト、▲５▼ローダ５の上昇、という一連を動作を行う。上記▲２▼のＺ軸インの位置決め座標をローダ５とワーク保持部２との干渉位置から０．１mm刻みでマイナス方向にずらし、各回５回ずつデータを取り、グラフにプロットした。図５（Ｂ）に、そのローダプログラムを参考に示す。同図のＺ軸インの動作指令における目標位置＊の値を、−８８．６２〜−８９．６２の間で０．１mmずつ変化させてデータを採取した。
【００２０】
この実験の結果、図６に得られるデータが得られた。この結果からわかるように、０．１mm刻みで外乱トルクの値が明確に異なる。このことから、０．１mm代の精度で良いという前提であれば、外乱トルク値で当たり確認を行う方法は、十分に実用価値があると判断できる。なお、１mm以上を押し付けた場合は、サーボコントローラ２７の持つ所定の安全機能により、サーボアラーム状態となってしまった。そのため、実験に用いた機種では、使用可能範囲は、０．１〜０．９と考えられる。ローダの機種が異なれば、上記の各値は異なる値になる。
【００２１】
【発明の効果】
この発明のワーク搬入確認装置は、工作機械のワーク保持部に対して、ローダがワークを適正に搬入したことを確認するワーク搬入確認装置であって、上記ワーク保持部に保持されたワークの端面にローダのローダチャックのチャック爪を当て付ける動作をローダに行わせる確認動作指令手段と、その当て付けられたときのワーク端面の位置を検出するワーク位置検出手段と、検出されたワークの位置および予め設定されているワークの寸法に基づき、ワークが前記ワーク保持部に密着して保持されているか否かを判定するワーク着座判定手段とを備えたものであるため、ローダの動作を利用して、正しくワークが搬入されたか否かを、信頼性良く確認することができ、また簡単な構成で確認できる。
前記ワーク着座判定手段は、上記ワーク保持部に密着して保持されている場合のワークの端面位置よりも手前の位置で上記ローダの上記チャック爪が当たった場合に、ワークがワーク保持部に対して密着せずに保持されている不良状態であることを検出するものである場合は、簡単な制御で確認が行える。
前記ワーク位置検出手段が、前記ローダの前記チャック爪をワークへの当て付け方向に移動させるサーボモータの負荷トルクの変化によりワーク位置を検出するものである場合は、当たり検出を特別な機構を用いずに行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態にかかるワーク搬入確認装置を備えたローダ制御装置の概念構成を示すブロック図である。
【図２】同ワーク搬入確認装置を用いる工作機械とローダの斜視図である。
【図３】同ローダの破断側面図である。
【図４】同ワーク搬入確認装置による確認動作の説明図である。
【図５】（Ａ）は同ワーク搬入確認装置の検証のための実験例を示す説明図、（Ｂ）はその実験のためのローダプログラムである。
【図６】同実験により得られたデータの説明図である。
【符号の説明】
１…工作装置
２…ワーク保持部
３…刃物台
５…ローダ
６…架設レール
７…走行台
８…前後移動台
９…昇降ロッド
１０…ローダヘッド
１１〜１３…サーボモータ
１４…ローダチャック
２０…ローダ制御装置
２１…ローダプログラム
２１Ｂ…確認動作指令手段
２２…演算制御部
２７…サーボコントローラ
３０…トルク検出手段
３１…ワーク位置検出手段
３２…ワーク着座判定手段
Ｈ…ワークの寸法
Ｗ…ワーク

Claims

工作機械のワーク保持部に対して、ローダがワークを適正に搬入したことを確認するワーク搬入確認装置であって、上記ワーク保持部に保持されたワークの端面にローダのローダチャックのチャック爪を当て付ける動作をローダに行わせる確認動作指令手段と、その当て付けられたときのワーク端面の位置を検出するワーク位置検出手段と、検出されたワークの位置および予め設定されているワークの寸法に基づき、ワークが前記ワーク保持部に密着して保持されているか否かを判定するワーク着座判定手段とを備えたワーク搬入確認装置。
前記ワーク着座判定手段は、上記ワーク保持部に密着して保持されている場合のワークの端面位置によりも手前の位置で上記ローダの上記チャック爪が当たった場合に、ワークがワーク保持部に対して密着せずに保持されている不良状態であることを検出するものである請求項１記載のワーク搬入確認装置。
前記ワーク位置検出手段は、前記ローダの前記チャック爪をワークへの当て付け方向に移動させるサーボモータの負荷トルクの変化によりワーク位置を検出するものである請求項１または請求項２記載のワーク搬入確認装置。