JP6363589B2 - ロボットを備えたワイヤ放電加工システム - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤ放電加工システムに関する。

長時間の連続加工や、被加工物を自動交換するロボット等のマニピュレータと組み合わされたワイヤ放電加工機で無人運転を行う場合、加工中に被加工物から切断された加工品の自動除去が必要となる。切断された加工品が加工漕内に落下し放置された場合、加工漕内の下部電極可動部と干渉したり、可動部と加工漕との間に挟まり、加工漕内の部品が破損する恐れがある。

切断された加工品の自動除去方法としては、例えば特許文献１に開示されるように、ワイヤ放電加工機自体に、前後・上下に移動可能なアームを取り付け、アーム先端の電磁石または吸着パッドで、切り落とし部を引き上げ、取り除く装置が開示されている。

特開昭６０−１８０７２６号公報

特許文献１の装置により切断された加工品を除去するには、切断後に加工品が被加工物から落下しないように保持されることが前提となるが、特許文献１にはこのような問題の解決方法については記載されていない。しかしながら、ワイヤ放電加工機で切断された加工品には、切断されると加工漕内へ落下する形状のものがあり、そのような場合に特許文献１に開示される装置では、その加工品を回収することができないという課題があった。

そこで本発明の目的は、ワイヤ放電加工時に被加工物から切断されて落下した加工品であっても回収することが可能なワイヤ放電加工システムを提供することである。

本願の請求項１に係る発明は、プログラムに従ってワイヤ電極と被加工物とを相対移動させ、前記ワイヤ電極により前記被加工物を放電加工するワイヤ放電加工機と、少なくとも１つのハンドと、前記ハンドをアームの先端に取付けて作業対象に対する作業を行うロボットと、を有するワイヤ放電加工システムにおいて、前記放電加工により前記被加工物から切断された加工品の前記ワイヤ放電加工機の加工槽内における位置を検出する視覚センサを更に備え、前記視覚センサで検出した前記加工品の位置に基づいて、前記ロボットが前記加工槽内に落下した前記加工品の除去作業を行う、ことを特徴とするワイヤ放電加工システムである。

本願の請求項２に係る発明は、前記被加工物の交換作業と、前記加工品の除去作業との両方に用いられる兼用のハンドを有する、ことを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工システムである。

本願の請求項３に係る発明は、前記被加工物の交換作業を行うための被加工物用のハンドと、前記加工品の除去作業を行うための加工品用のハンドとを少なくとも有し、前記作業ごとに何れか１つの前記ハンドを選択的に取付けるためのハンド自動交換装置を備える、ことを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工システムである。

本願の請求項４に係る発明は、複数種類の加工品用のハンドを有し、前記加工品の材質、前記加工品の形状、または前記加工品の存在する環境に応じて何れか１つの前記ハンドを選択的に取付けるためのハンド自動交換装置を備える、ことを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工システムである。

本願の請求項５に係る発明は、前記ハンドは、前記加工品と接触したこと、又は前記加工品を把持したこと、を検知するセンサを備える、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のワイヤ放電加工システムである。

本願の請求項６に係る発明は、前記視覚センサにより検出された前記加工品の位置を、前記加工槽を満たす加工液の液面に対する角度と、前記加工液の空気に対する屈折率とに基づいて補正する、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のワイヤ放電加工システムである。

本願の請求項７に係る発明は、前記視覚センサは、前記ハンドと共に前記ロボットのアームの先端に取付けられる、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のワイヤ放電加工システムである。

本発明では、視覚センサにより切断された加工品の位置を認識し、切断された加工品を自動で除去することにより、作業者工数の削減、または無人での連続加工が可能となる。また、取り出した加工品をテーブル等に仮置きし、視覚センサで再検出することにより、目的の加工品を除去したことを確認することが可能となる。

本発明の一実施形態によるワイヤ放電加工システムの概略構成図である。 図１のワイヤ放電加工システム１においてロボット３が加工品用ハンド３１を用いて加工槽２０内から加工品４１を取り出す様子を示す図である。 ロボット３のアーム３０先端を示す概略構成図である。 電磁石により加工品４１を保持する加工品用ハンド３１ａの概略構成図である。 チャックにより加工品４１を把持する加工品用ハンド３１ｂの概略構成図である。 図１のワイヤ放電加工システム１において加工槽２０から取り出した加工品４１を視覚センサ３３により再検出する様子を示す図である。 図１のワイヤ放電加工システム１の動作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。
図１は、本発明の一実施形態によるワイヤ放電加工システムの概略的な構成を示す図である。本実施形態によるワイヤ放電加工システム１は、被加工物４を放電加工するワイヤ放電加工機２と、ロボット３とを備える。

ワイヤ放電加工機２は、加工液が満たされた加工槽２０内のワーク台（図示せず）に設置される被加工物４に対して放電加工を行う加工機である。ワイヤ放電加工機２には制御装置（図示せず）が内蔵又は併設されており、該制御装置がプログラムに従って、ワイヤ電極（図示せず）及びワーク台をそれぞれ駆動する複数のサーボモータ（図示せず）を制御してワイヤ電極と被加工物４との間の相対的な位置を移動させると共に、ワイヤ電極と被加工物４との間の電位差を制御することで放電を発生させることで、ワイヤ電極による被加工物４の放電加工を行う。加工槽２０内には、被加工物４から切り出されて落下した加工品４１を受け皿２１が配置されている。

ロボット３は、ワイヤ放電加工機２に対する被加工物４の交換作業及び放電加工により被加工物４から切断された加工品４１の除去作業を行う装置であり、交換作業または除去作業に係るロボットプログラムに基づいてロボットコントローラ（図示せず）により制御されている。該ロボットコントローラはワイヤ放電加工機２の制御装置と有線または無線で接続されており、ワイヤ放電加工機２からの指令に基づいて交換作業に係る動作または除去作業に係る動作を実行する。
加工品４１の除去作業に係る動作を実行する際、ロボット３は、ハンド自動交換装置などによりアーム３０の先端に加工品用ハンド３１と、加工槽２０内の加工品４１を検出するための視覚センサ３３を取り付ける。ロボット３は、視覚センサ３３により加工槽２０の上から加工槽２０の全域について走査して視覚情報を取得し、該視覚情報に基づいて加工品４１の位置を特定する。視覚情報から加工品４１の位置を特定する方法としては一般的な画像認識の技術が用いられる。例えば、ロボット３を制御するロボットコントローラに予め制御装置から加工品４１の形状に係る情報や色などに係る情報が記憶され、視覚情報に対して加工品４１の形状に係る情報のマッチングを行うことで加工品４１の位置を検出するようにしても良いし、より簡易には、加工品４１と同程度の大きさの加工品４１の色の領域を視覚情報内から見つけ出すことにより加工品４１の位置を検出するようにしても良い。

図２は、ロボット３が加工品用ハンド３１を用いて加工槽２０内の位置を特定された加工品４１を取り出す様子を示す図である。一例として、加工品用ハンド３１の先端には電磁石３１１が設けられており、ロボット３は、電磁石３１１の磁力で加工品４１を加工品用ハンド３１の先端に保持して加工槽２０内から取り出し、取り出した加工品４１をロボット３の近傍に配置される仮置台へと仮置きする。図に示すように、被加工物４から切り出された加工品４１は、加工槽２０内の受け皿２１に落下するが、受け皿２１からこぼれ落ちたりすることで加工槽２０の底に落下する場合もある。いずれの場合においても、視覚センサ３３により位置を検出された加工品４１は、加工品用ハンド３１を用いて取り出すことができる。なお、加工品用ハンド３１は、加工槽２０の深さよりも十分な長さを備えるように構成することが望ましい。このようにすることで、加工品４１を取り出す際に視覚センサ３３が加工槽２０内に入らないようにすることができるため、視覚センサ３３が受け皿２１や被加工物４などと干渉することはなく、また、加工槽２０に加工液が満たされている場合であっても、加工品４１を取り出す際に該視覚センサ３３が加工液に浸かることがなくなる。

図３は、ロボット３のアーム３０先端の概略的な構成を示す図である。アーム３０の先端には視覚センサ３３と共に、ハンドチェンジャ３４が設けられており、ロボット３を制御するロボットコントローラの制御の下で、被加工物４の交換作業に用いられる被加工物交換ハンド３５と、加工品４１の材質や加工品４１の形状、加工品４１の存在する環境（加工槽２０内の加工液の液質など）に応じて使い分けられる複数種類の加工品用ハンド３１を自動で付け替えることができるように構成されている。複数種類の加工品用ハンド３１の例としては、上記した電磁石により加工品４１を保持する加工品用ハンド３１ａや、チャックにより加工品４１を把持する加工品用ハンド３１ｂなどがある。

図４は、電磁石により加工品４１を保持する加工品用ハンド３１ａの概略構成図である。電磁石により加工品４１を保持する加工品用ハンド３１ａの根元側にハンドチェンジャ３１６が設けられており、ロボット３を制御するロボットコントローラの制御によりアーム３０の先端にあるハンドチェンジャ３４と着脱できるようになっている。また、先端側には円筒部３１３が設けられ、該円筒部３１３の先には、電磁石３１１を支持する支持部３１２が図中矢印Ａ−Ｂ方向に移動可能となるようにはめ込まれている。また、円筒部３１３の内部にはバネ３１４が配置されており、その反発力により支持部３１２を常に図中矢印Ｂ方向へと押し付けている。符号３１５は、支持部３１２の接近を検知する近接センサである。
この電磁石により加工品４１を保持する加工品用ハンド３１ａにより加工品４１を保持する際、ロボット３をロボットコントローラの制御の下で、ロボット３が視覚センサ３３により特定した加工品４１の位置へと加工品用ハンド３１ａの先端にある電磁石３１１を押し付けると、その反力により電磁石３１１および支持部３１２が図４中の矢印Ａ方向へと移動する。そして、ロボット３を制御するロボットコントローラは、支持部３１２の移動を近接センサ３１５が検知したことで電磁石３１１が加工品４１に押し付けられたことを検出し、電磁石３１１をオンにして加工品４１を保持する。

図５は、チャックにより加工品４１を把持する加工品用ハンド３１ｂの概略構成図である。チャックにより加工品４１を保持する加工品用ハンド３１ｂの根元側にハンドチェンジャ３１８が設けられており、ロボット３を制御するロボットコントローラの制御によりアーム３０の先端にあるハンドチェンジャ３４と着脱できるようになっている。また、先端側には図５中矢印方向に開閉するチャック３１７が設けられており、該チャック３１７は、閉じられた際に物体を挟み込んだことを検知するセンサ（図示せず）を備えている。
このチャックにより加工品４１を把持する加工品用ハンド３１ｂにより加工品４１を保持する際、ロボット３をロボットコントローラの制御の下で、ロボット３が視覚センサ３３により特定した加工品４１の位置へと加工品用ハンド３１ｂの先端にあるチャック３１７移動させてチャックを閉じる。そして、センサによりチャック３１７が物体を挟み込んだことを検知したことでチャック３１７が加工品４１を把持したことを検出する。

図６は、仮置台５に置いた加工品４１をロボット３のアーム３０に取り付けられた視覚センサ３３により再検出している様子を示す図である。このように、視覚センサ３３を加工槽２０内の加工品４１の位置を検出するためだけではなく、取り出した加工品４１の再検出に用いることで、目的の加工品４１を加工槽２０内から除去したことの再確認や、加工品４１の品質のチェックなどを行うことも可能である。

図７は、本実施形態のワイヤ放電加工システムの動作の流れを示すフローチャートである。
●［ステップＳＡ０１］ワイヤ放電加工機２を制御する制御装置がプログラムに従ってワイヤ放電加工機２を制御することで被加工物４の放電加工が行われ、被加工物４から加工品４１が切り出される。加工品４１は、受け皿２１や加工槽２０の底へと落下する。
●［ステップＳＡ０２］ワイヤ放電加工機２を制御する制御装置から、ロボット３を制御するロボットコントローラへと加工品４１の除去作業の指令が出力される。出力される指令には、加工品の種類（形状など）や個数などの情報が含まれる。

●［ステップＳＡ０３］ロボットコントローラの制御の下でロボット３が加工槽２０から加工品４１を除去する除去作業を開始する。初めに、ロボット３は視覚センサ３３により加工槽２０の全域を走査して加工槽２０内の各加工品４１の位置を特定する。
●［ステップＳＡ０４］ロボットコントローラは、加工槽２０内から加工品４１が検出されたか否かを判定する。検出された場合にはステップＳＡ０６へと処理を移行し、検出されなかった場合にはステップＳＡ０５へと処理を移行する。
●［ステップＳＡ０５］ロボットコントローラは、加工品４１を検出できなかった場合の異常処理を実行する。異常処理の例としては、検出条件を変更してのリトライや、作業者への加工品４１の検出不可警告の通知などがある。

●［ステップＳＡ０６］ステップＳＡ０４で検出された加工槽２０内の加工品４１の位置に基づいて、ロボットコントローラはロボット３を制御して、アーム３０の先端に取り付けた加工品用ハンド３１を用いて加工品４１を加工槽から取り出す。
●［ステップＳＡ０７］ロボットコントローラはロボット３を制御して、ステップＳＡ０６で取り出した加工品４１を仮置台５上へと払い出す。
●［ステップＳＡ０８］ロボットコントローラはロボット３を制御して、ステップＳＡ０７で仮置台５上へと払い出した加工品４１を視覚センサ３３で再検出する。
●［ステップＳＡ０９］ステップＳＡ０８で再検出した加工品４１の形状などが正常であるか否かを判定する。再検出した加工品４１が正常である場合にはステップＳＡ１１へ処理を移行し、正常でなかった場合にはステップＳＡ１０へと処理を移行する。
●［ステップＳＡ１０］ロボットコントローラは、再検出した加工品４１が正常でなかった場合の異常処理を実行する。異常処理の例としては、再検出条件を変更してのリトライや、作業者への加工品異常警告の通知などがある。

●［ステップＳＡ１１］ロボットコントローラは、ロボット３を待機位置へ移動するように制御する。
●［ステップＳＡ１２］ロボットコントローラは、ステップＳＡ０２で制御装置から指令された除去対象となる加工品４１をすべて取り出したか否かを判定する。取り出しが完了した場合にはステップＳＡ１３へ処理を移行し、取り出しが完了していない場合にはステップＳＡ０３へ処理を移行する。
●［ステップＳＡ１３］ロボットコントローラは、ワイヤ放電加工機２を制御する制御装置に対して除去作業が完了したことを通知する。
●［ステップＳＡ１４］ワイヤ放電加工機２の制御装置は、プログラムに基づく被加工物４の放電加工が完了したか否かを判定する。完了した場合には本処理を終了し、完了していない場合にはステップＳＡ０１へと処理を移行してプログラムに基づく被加工物４の放電加工を継続する。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態の例のみに限定されることなく、適宜の変更を加えることにより様々な態様で実施することができる。
例えば、上記した実施形態では、被加工物交換ハンド３５と加工品用ハンド３１とをそれぞれ用意して、用意したハンドをロボット３が行う作業に応じて付け替えて使用していたが、被加工物交換ハンド３５と加工品用ハンド３１との両方を兼ねる兼用のハンドを用意して、被加工物の交換作業と加工品の除去作業の両方で１つの兼用ハンドを用いるように構成しても良い。

視覚センサ３３で加工槽２０内を検出する際、加工液が排出されていない場合がある。この場合、ロボット３を制御するロボットコントローラに予め加工液の空気に対する屈折率を記憶させておき、視覚センサ３３により予め定めた複数の位置から加工槽２０内を加工液面に対して垂直よりも小さい角度で撮像し、撮像した画像から加工品４１の位置を特定する方法を用いる。ロボットコントローラは、加工液の液面に対する視覚センサ３３の撮像時の角度と、加工槽２０内の加工液面の高さ、加工液の空気に対する屈折率などに基づいて、撮像した画像から求まる加工槽２０内の加工品４１の位置を補正して加工槽２０内の加工品４１の正しい位置を算出し、該算出した位置にある加工品４１を加工品用ハンド３１により加工槽２０内から除去する。
また、上記手法を用いる際には、それぞれの加工液の種類や成分に対応付けて該加工液の空気に対する屈折率を複数記憶するようにし、放電加工時に加工槽２０に供給される加工液の種類や成分に応じた屈折率を用いて撮像した画像から求まる加工槽２０内の加工品４１の位置を補正するようにしても良い。

更に、上記した実施形態で視覚センサ３３は加工品用ハンド３１と共にロボット３のアーム３０先端に取り付けて使用しているが、視覚センサ３３は加工槽２０内を視認できる位置であればどこに取り付けるようにしても良い。例えば、加工槽２０の縁部に複数の視覚センサを固定的に取り付けて加工槽２０内の加工品４１を検出するようにしても良いし、加工品用ハンド３１を取り付けたロボットとは別のロボットのアームに取り付けて使用するようにしても良い。

１ ワイヤ放電加工システム
２ ワイヤ放電加工機
３ ロボット
４ 被加工物
５ 仮置台
２０ 加工槽
２１ 受け皿
３０ アーム
３１ 加工品用ハンド
３１ａ 電磁石により加工品を保持する加工品用ハンド
３１ｂ チャックにより加工品を把持する加工品用ハンド
３３ 視覚センサ
３４ ハンドチェンジャ
３５ 被加工物交換ハンド
４１ 加工品
３１１ 電磁石
３１２ 支持部
３１３ 円筒部
３１４ バネ
３１５ 近接センサ
３１６ ハンドチェンジャ
３１７ チャック
３１８ ハンドチェンジャ

Claims (7)

1. プログラムに従ってワイヤ電極と被加工物とを相対移動させ、前記ワイヤ電極により前記被加工物を放電加工するワイヤ放電加工機と、
   少なくとも１つのハンドと、
   前記ハンドをアームの先端に取付けて作業対象に対する作業を行うロボットと、
   を有するワイヤ放電加工システムにおいて、
   前記放電加工により前記被加工物から切断された加工品の前記ワイヤ放電加工機の加工槽内における位置を検出する視覚センサを更に備え、
   前記視覚センサで検出した前記加工品の位置に基づいて、前記ロボットが前記加工槽内に落下した前記加工品の除去作業を行う、
   ことを特徴とするワイヤ放電加工システム。
2. 前記被加工物の交換作業と、前記加工品の除去作業との両方に用いられる兼用のハンドを有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工システム。
3. 前記被加工物の交換作業を行うための被加工物用のハンドと、前記加工品の除去作業を行うための加工品用のハンドとを少なくとも有し、
   前記作業ごとに何れか１つの前記ハンドを選択的に取付けるためのハンド自動交換装置を備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工システム。
4. 複数種類の加工品用のハンドを有し、
   前記加工品の材質、前記加工品の形状、または前記加工品の存在する環境に応じて何れか１つの前記ハンドを選択的に取付けるためのハンド自動交換装置を備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載のワイヤ放電加工システム。
5. 前記ハンドは、前記加工品と接触したこと、又は前記加工品を把持したこと、を検知するセンサを備える、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のワイヤ放電加工システム。
6. 前記視覚センサにより検出された前記加工品の位置を、前記加工槽を満たす加工液の液面に対する角度と、前記加工液の空気に対する屈折率とに基づいて補正する、
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のワイヤ放電加工システム。
7. 前記視覚センサは、前記ハンドと共に前記ロボットのアームの先端に取付けられる、
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のワイヤ放電加工システム。

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