JP6407810B2

JP6407810B2 - 加工ツール回転数とワーク送り速度とを調整する加工システム

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Publication number: JP6407810B2
Application number: JP2015136306A
Authority: JP
Inventors: 好丈古屋
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Filing date: 2015-07-07
Publication date: 2018-10-17
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Description

本発明は、加工機にワークを搬送するロボットを備えた加工システムに関する。

従前より、ロボットによりワークを加工機に搬送し、加工機の加工ツールによりワークを加工することが行われている。特に、バリ取り、研磨、研削などの加工作業においては、ロボットのハンドにより把持されたワークを、回転する加工ツールに押付けながらワークを加工する場合がある。この場合において、特許文献１は、加工中のワークと加工ツールとの間に作用する力が適切な値になるようにロボットのアーム部の動作を調整する方法を開示している。さらに、特許文献１はそのような力を測定する力センサをロボットのアーム部に取付けることも開示している。

特開２００８−１４２８１０号公報

ところで、ロボットがワークを加工機の加工ツールに押付けている際、ワークの材質や加工時間などに起因して加工ツールが劣化する場合（例えば刃や砥粒の摩耗）がある。この場合、加工ツールの劣化の程度に応じて加工条件を変更することによりワークの加工品質を維持する必要がある。例えば、加工ツールの回転速度とワークの移動速度とを複合的に制御して加工を行う必要がある。

しかしながら、特許文献１に開示される装置においては、ロボットによりワークを加工機の加工ツールに押付けている際、ワークと加工ツールとの間に作用する力を調整するだけである。言い換えれば、特許文献１においては、加工ツールの回転速度とワークの移動速度とを加工ツールの劣化の程度に応じて変更しない。そのため、上述したように加工中に加工ツールが劣化する場合にワークの加工品質を維持するのは困難である。

そこで本発明は、上述したような問題点に鑑み、ワークの加工品質を維持できる加工システムを提供することを目的とする。

本発明の第一態様によれば、ワークを把持するハンドがアーム先端に設けられたロボットと、加工ツールを回転させる主軸を有する加工機と、加工ツールを回転させるとともに、ハンドにより把持されたワークを加工ツールに押付けて加工するように、加工機とロボットとを制御する制御装置と、ロボットによりワークを加工ツールに対して押付けて加工しているときにワークと加工ツールとの間に作用する力を検出する力センサと、を備えた、加工システムが提供される。

さらに、上記の第一態様の加工システムにおいて、
制御装置は、力センサにより検出される力の検出値が所定の上限閾値と所定の下限閾値との間に収まるように、ロボットにより加工ツールに押付けられるワークの送り速度と、加工ツールの回転速度とを調整するようになされている。
上記の第一態様により上述の課題が解決される。しかし、本発明は、第一態様に限られず、以下の第二態様ないし第六態様のいずれかの加工システムを提供することもできる。

本発明の第二態様によれば、上記の第一態様の加工システムであって、
制御装置は、
力センサにより検出される力の検出値が所定の上限閾値と所定の下限閾値との間に収まっているか否かを判定する判定部と、
判定部により力の検出値が所定の上限閾値以上であると判定された場合には、ワークの送り速度および加工ツールの回転速度のうちの一方を減速させ、その結果、未だ力の検出値が所定の上限閾値以上である場合にはワークの送り速度および加工ツールの回転速度のうちの他方を減速させ、さらに、判定部により力の検出値が所定の下限閾値以下であると判定された場合には、ワークの送り速度および加工ツールの回転速度のうちの一方を増速させ、その結果、未だ力の検出値が所定の下限閾値以下である場合にはワークの送り速度および加工ツールの回転速度のうちの他方を増速させる動作指令部と、を有する、加工システムが提供される。

本発明の第三態様によれば、ワークを把持するハンドがアーム先端に設けられたロボットと、加工ツールを回転させる主軸を有する加工機と、加工ツールを回転させるとともに、ハンドにより把持されたワークを加工ツールに押付けて加工するように、加工機とロボットとを制御する制御装置と、ロボットによりワークを加工ツールに対して押付けて加工しているときにワークと加工ツールとの間に作用する力を検出する力センサと、を備えた、加工システムが提供される。

さらに、上記の第三態様の加工システムであって、
制御装置は、力センサにより検出される力の検出値の履歴から、負荷変動により生じる振動の大きさが予め定められた値を超える周波数の成分である特定の周波数成分を抽出し、抽出された特定の周波数成分がびびり現象が生じない範囲の上限閾値と下限閾値との間に収まるように、ロボットにより加工ツールに押付けられるワークの送り速度および加工ツールの回転速度のうち少なくとも一方の速度を調整するように形成されている。

本発明の第四態様によれば、上記の第三態様の加工システムであって、
制御装置は、
力センサにより検出される力の検出値の履歴から特定の周波数成分を抽出する周波数分析部と、
周波数分析部により抽出された特定の周波数成分が上限閾値と下限閾値との間に収まっているか否かを判定する判定部と、
判定部により特定の周波数成分が上限閾値以上であると判定された場合には、ワークの送り速度および加工ツールの回転速度のうちの一方の速度を減速させ、一方の速度を減速させた後に特定の周波数成分が上限閾値以上である場合にはワークの送り速度および加工ツールの回転速度のうちの他方の速度を減速させ、さらに、判定部により特定の周波数成分が下限閾値以下であると判定された場合には、ワークの送り速度および加工ツールの回転速度のうちの一方の速度を増速させ、一方の速度を増速させた後に特定の周波数成分が下限閾値以下である場合にはワークの送り速度および加工ツールの回転速度のうちの他方の速度を増速させる動作指令部と、を有する、加工システムが提供される。

本発明の第五態様によれば、第一態様から第四態様のいずれかの加工システムにおいて、力センサは、ロボットのアーム先端とハンドとの間に設置されている、加工システムが提供される。

本発明の第六態様によれば、第一態様から第四態様のいずれかの加工システムにおいて、力センサは、加工機の主軸に設置されている、加工システムが提供される。

本発明の第七態様によれば、第一態様から第六態様のいずれかの加工システムにおいて、加工機は、加工すべきワークの種類に対応した加工ツールを複数の加工ツールから選択して、主軸に装着されている加工ツールと交換する自動工具交換装置をさらに備える、加工システムが提供される。

本発明の第八態様によれば、第七態様の加工システムにおいて、上限閾値および下限閾値の少なくとも一方は、加工すべきワークの種類に応じて別の値に切替えて使用されるようにした、加工システムが提供される。

本発明の第一態様によれば、ロボットがワークを加工ツールに対して押付けて加工しているとき、ワークと加工ツールとの間に作用する力を力センサにより検出する。そして、制御装置は、力センサの力検出値が所定の上限閾値と所定の下限閾値との間に収まるように、ロボットにより加工ツールに押付けられるワークの送り速度とともに、加工ツールの回転速度も調整する。つまり、従来技術と比べて、ロボットにより加工ツールに押付けられるワークの送り速度と、加工ツールの回転速度とを複合的に調整することにより、ワークの加工が行われる。そのため、加工中に加工ツールの劣化が生じてもワークの加工品質を維持することができる。

本発明の第二態様によれば、力センサの力検出値が所定の上限閾値と所定の下限閾値との間に収まっているか否かを判定部により判定する。そして、動作指令部は、判定部の判定結果に基づき、ロボットのワークの送り速度と加工ツールの回転速度とをそれぞれ減速または増速させている。それにより、力センサの力検出値が所定の上限閾値以上および所定の下限閾値以下にならないようにしている。そのため、第一態様と同様に、加工中に加工ツールの劣化が生じてもワークの加工品質を維持することができる。

本発明の第三態様によれば、ロボットによりワークを加工ツールに対して押付けて加工しているとき、制御装置は、力センサの力検出値の履歴から特定の周波数成分を抽出する。そして、制御装置は、抽出された周波数成分が所定の上限閾値と所定の下限閾値との間に収まるように、ロボットにより加工ツールに押付けられるワークの送り速度と、加工ツールの回転速度とを調整している。それにより、抽出される周波数成分がいわゆる「びびり」現象の周波数とならないようにワークを加工できるので、ワークの加工品質を維持することができる。

本発明の第四態様によれば、力センサの力検出値の履歴から抽出される特定の周波数成分が所定の上限閾値と所定の下限閾値との間に収まっているか否かを判定部により判定する。そして、動作指令部は、判定部の判定結果に基づき、ロボットのワークの送り速度と加工ツールの回転速度とをそれぞれ減速または増速させている。それにより、上記の周波数成分が所定の上限閾値以上および所定の下限閾値以下にならないようにしている。そのため、第三態様と同様に、加工中の「びびり」現象を回避してワークの加工品質を維持することができる。

本発明の第五態様によれば、力センサをロボットのアーム先端とハンドとの間に配置することにより、ロボットがワークを加工ツールに対して押付けて加工しているときにワークと加工ツールとの間に作用する力を良好に検出できる。

本発明の第六態様によれば、第五態様と同様、ロボットがワークを加工ツールに対して押付けて加工しているときにワークと加工ツールとの間に作用する力を良好に検出できる。特に、加工ツールを回転させる加工機の主軸に力センサを配置することにより、第五態様の加工システムよりもロボットの手首部を小型化することができる。

本発明の第七態様によれば、自動工具交換装置を備えることにより、バリ取り、研磨、研削などの加工作業や加工を行うワークの種類などに応じて加工ツールを自動的に使分けることができる。

本発明の第八態様によれば、ワークの種類に応じて加工ツールを変更しても、ワークの加工品質を良好に維持することができる。

添付図面に示される本発明の典型的な実施形態の詳細な説明から、本発明のこれらの目的、特徴および利点ならびに他の目的、特徴および利点がさらに明確になるであろう。

第一実施形態の加工システムの構成を示す図である。第一実施形態の加工システムの動作を説明するためのフローチャートである。図２Ａに示されるステップＳ１４での速度調整処理を具体的に示すフローチャートである。第二実施形態の加工システムの構成を示す図である。第三実施形態の加工システムの構成を示す図である。第三実施形態の加工システムの特徴的な動作を説明するためのフローチャートである。その他の実施形態の加工システムの構成を示す図である。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下の図面において、同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。また、図面に描かれている加工システムの形態は本発明の一例であり、本発明は図面に描かれた形態に限定されないものである。

（第一実施形態）
図１は第一実施形態の加工システムの構成を示す図である。
第一実施形態の加工システムは、図１に示されるように、ワークＷを既定の位置に載置するワークステージ１０と、ワークＷを把持するハンド１１がアーム先端部に取付けられたロボット１２と、ロボット１２のハンド１１の移動範囲内に設置された加工機１３と、を備える。ロボット１２は垂直多関節型マニュピレータである。さらに、加工機１３は、ワークＷに対して加工を行う加工ツール１４と、加工ツール１４を回転させる主軸に内蔵された加工ツール用サーボモータ１５と、を有する。

本願においては、ワークＷに対してバリ取り、研磨、研削などの加工作業を行うため、加工ツール１４には、カッタ、グラインダ、エンドミルなどが使用される。また、ワークステージ１０上のワークＷがロボット１２のハンド１１により把持された後、把持されたワークＷは加工機１３の加工エリアにロボット１２により移動される。そして、ワークＷを回転中の加工ツール１４に押付けることにより、ワークＷに対してバリ取り、研磨、研削などの加工作業が実施される。

また、図１に示されるように、力センサ１６がロボット１２のアーム先端とハンド１１との間の手首部に設置されている。力センサ１６は、上述したようにワークＷを回転中の加工ツール１４に押付けている際にワークＷと加工ツール１４との間に作用する力（以下、「作用力」と称す。）を電気信号として出力する。例えば力センサ１６には、弾性変形する梁にひずみゲージを張付けたものや、圧電変換器などが使用される。

さらに、第一実施形態の加工システムは、ロボット１２および加工機１３を制御する制御装置１７を備える。制御装置１７は、図１に示されるように、サーボモータ制御部１８（サーボアンプ）、動作指令部１９、判定部２０、および力検出値取得部２１を有する。

力検出値取得部２１は、力センサ１６から出力される電気信号、例えば電圧（以下、力検出値Ｋと呼ぶ。）を監視および取得する。そして、判定部２０は、力検出値取得部２１により取得された力検出値Ｋが所定の上限閾値Ｎ１と所定の下限閾値Ｎ２との間に収まっているか否かを判定する。
上限閾値Ｎ１および下限閾値Ｎ２をそれぞれ設定変更可能にするため、判定部２０には、下限閾値Ｎ１および上限閾値Ｎ２を入力する入力部（図示せず）が接続されていてもよい。

動作指令部１９は、判定部２０の判定結果に基づき、ロボット１２および加工機１３を動作させる指令をサーボモータ制御部１８に出力する。加工機１３に対する指令は、加工ツール１４を所定の回転速度で回転させる指令である。また、ロボット１２に対する指令は、ワークＷをハンド１１により把持して加工機１３の加工エリアに移動させることと、加工エリアおいてワークＷを回転中の加工ツール１４に所定の送り速度および軌跡で移動させることである。

そして、サーボモータ制御部１８は、動作指令部１９からの指令に基づき、加工ツール１３を回転させるサーボモータ１５の回転速度を制御する。さらに、サーボモータ制御部１８は、動作指令部１９からの指令に基づき、ワークステージ１０から加工ツール１４へのワークＷの搬送を制御する。つまり、ロボット１２の各関節部の軸をそれぞれ駆動するロボット用サーボモータ（図示せず）がサーボモータ制御部１８により制御される。

次に、第一実施形態の加工システムの動作について説明する。
図２Ａは第一実施形態の加工システムの動作を説明するためのフローチャートである。
制御装置１７の動作指令部１９は、ロボット１２および加工機１３に動作指令をサーボモータ制御部１８に出力する。サーボモータ制御部１８は、ロボット１２の各軸のサーボモータ（図示せず）を制御してハンド１１およびロボット１２を指令通りに動作させる。

上記ロボット１２への動作指令において、まず、ロボット１２は、ワークステージ１０から未加工のワークＷをロボット１２のハンド１１により把持して取出す（図２ＡのステップＳ１１）。次いで、ロボット１２は、ワークＷを加工機１３における加工開始点に移動させる（図２ＡのステップＳ１２）。続いて、ロボット１２は、ハンド１１に把持されたワークＷを加工開始点から加工ツール１４に向かって所定の送り速度および軌跡で移動させる。このとき、サーボモータ制御部１８は、加工機１３の加工ツール用サーボモータ１５を所定の回転速度で回転開始する（図２ＡのステップＳ１３）。以上のことにより、ワークＷが回転中の加工ツール１４に押付けられて、ワークＷに対するバリ取り、研磨、研削などの加工作業が開始される。

上記ステップＳ１３の後、制御装置１７の力検出値取得部２１は力センサ１６の力検出値Ｋを監視する。力検出値Ｋの監視中、動作指令部１９は、力センサ１６の力検出値Ｋに基づき、ロボット１２のワークＷの送り速度と加工ツール１４の回転速度とを調整する（図２ＡのステップＳ１４）。その後、ワークＷが加工機１３における加工終了点に達するまでステップＳ４は継続され、ワークＷが加工終了点に達したとき、加工作業は終了する（図２ＡのステップＳ１５）。

ここで、図２Ｂを参照して、ステップＳ１４での処理内容をさらに詳しく説明する。図２Ｂは、図２Ａに示されるステップＳ１４の速度調整処理を具体的に示すフローチャートである。
ステップＳ１４が開始されると、図２Ｂに示されるように、まず、制御装置１７の力検出値取得部２１は力センサ１６の力検出値Ｋを取得する（ステップＳ２１）。次いで、制御装置１７の判定部２０は、力検出値Ｋと所定の上限閾値Ｎ１とを比較する（ステップＳ２２）。

ステップＳ２２において力検出値Ｋが所定の上限閾値Ｎ１以上である場合には、動作指令部１９はワークＷの送り速度を微少な第一速度量だけ減速する（ステップＳ２３）。また、ステップＳ２２において力検出値Ｋが所定の上限閾値Ｎ１より小さい場合には、ステップＳ２７に進む。ステップＳ２７以降については後で述べる。

ステップＳ２３の後、再び、制御装置１７の力検出値取得部２１は力センサ１６の力検出値Ｋを取得する（ステップＳ２４）。さらに、制御装置１７の判定部２０は、ステップＳ２４において取得された力検出値Ｋを所定の上限閾値Ｎ１と比較する（ステップＳ２５）。

その結果、ステップＳ２４において取得された力検出値Ｋが未だ所定の上限閾値Ｎ１以上である場合には、動作指令部１９は加工ツール１４の回転速度を微少な第二速度量だけ減速する（ステップＳ２６）。その後、ステップＳ２１に戻り、ステップＳ２４での力検出値Ｋが所定の上限閾値Ｎ１より小さくなるまでステップＳ２１〜ステップＳ２６を繰返す。また、ステップＳ２４において取得された力検出値Ｋが所定の上限閾値Ｎ１より小さい場合には、ステップＳ２７に進む。

ステップＳ２７においては、制御装置１７の判定部２０は、ステップＳ２１またはステップＳ２４において取得された力検出値Ｋを所定の下限閾値Ｎ２と比較する（ステップＳ２７）。その結果、ステップＳ２１またはステップＳ２４において取得された力検出値Ｋが所定の下限閾値Ｎ２以下である場合には、動作指令部１９はロボット１２のワークＷの送り速度を微少な第一速度量だけ増速する（ステップＳ２８）。

ステップＳ２１またはステップＳ２４において取得された力検出値Ｋが所定の下限閾値Ｎ２より大きい場合には、ワークＷの加工品質が正常に保たれていると判断できる。したがって、動作指令部１９は速度調整処理を終了し、図２Ａに示されるステップＳ１５に進む。

ステップＳ２８の後、再び、制御装置１７の力検出値取得部２１は力センサ１６の力検出値Ｋを取得する（ステップＳ２９）。さらに、制御装置１７の判定部２０は、ステップＳ２９において取得された力検出値Ｋを所定の下限閾値Ｎ２と比較する（ステップＳ３０）。

その結果、ステップＳ２９において取得された力検出値Ｋが未だ所定の下限閾値Ｎ２以下である場合には、動作指令部１９は加工ツール１４の回転速度を微少な第二速度量だけ増速する（ステップＳ３１）。その後、ステップＳ２１に戻り、ステップＳ２９での力検出値Ｋが所定の下限閾値Ｎ２より大きくなるまでステップＳ２１〜ステップＳ３１を繰返す。また、ステップＳ２９において取得された力検出値Ｋが所定の下限閾値Ｎ２より大きい場合には、ワークＷの加工品質が正常に保たれていると判断できる。したがって、動作指令部１９は速度調整処理を終了し、図２Ａに示されるステップＳ１５に進む。

以上のように、力センサ１６の力検出値Ｋが上限閾値Ｎ１と下限閾値Ｎ２との間に収まるように加工ツール１４の回転速度とロボット１２のワークＷの送り速度とを複合的に調整することにより、ワークＷの加工が行われる。そのため、ワークＷの材質や加工時間などに起因して加工ツールＷが劣化する場合（例えば刃や砥粒の摩耗）であっても、ワークＷの加工品質を維持することができる。

勿論、上述したような上限閾値Ｎ１、下限閾値Ｎ２、加工ツール１４に対するワークＷの送り速度を増速もしくは減速するときの微少な第一速度量、および、加工ツール１４の回転速度を増速もしくは減速するときの微少な第二速度量については、ワーク加工前に設定変更可能である。

また、上限閾値Ｎ１および下限閾値Ｎ２は、次のように、前もってワークＷの試し加工を行うことにより決定されるとよい。例えば、まず、ワークＷの材質や形状に基づき、加工ツール１４の回転速度、および加工ツール１４に対するワークＷの送り速度が設定される。そして、ロボット１２は、設定回転速度で回転する加工ツール１４に対してワークＷを設定送り速度で押付けてワークＷの試し加工を行う。試し加工後、加工システムの設定者はワークＷの加工品質を検査する。設定者はそのような検査をワークＷの送り速度の設定値をゼロから段階的に増やして実施し、検査毎に力センサ１６の力検出値Ｋを取得する。それにより、ワークＷの加工品質が正常であると認められる力センサ１６の力検出値Ｋのうちの最大値を上限閾値Ｎ１として決定し、最小値を下限閾値Ｎ２として決定することができる。

なお、上述した第一実施形態においては、加工ツール１４に対するワークＷの送り速度を調整した後に加工ツール１４の回転速度を調整している（図２ＢのＳ２３、Ｓ２６、Ｓ２８、Ｓ３１参照）。しかし、本発明においては、ワーク送り速度および加工ツール回転速度を調整する順番は逆であってもよい。つまり、図２ＢのステップＳ２３やステップＳ２８において加工ツール１４の回転速度を調整した後、図２ＢのステップＳ２６やステップＳ３１において加工ツール１４に対するワークＷの送り速度を調整してもよい。
また、図２ＢのステップＳ２３において、加工ツール１４の回転速度および加工ツール１４に対するワークＷの送り速度の両方を減速させ、図２ＢのステップＳ２８において、加工ツール１４の回転速度および加工ツール１４に対するワークＷの送り速度の両方を増速させてもよい。

（第二実施形態）
次に第二実施形態について説明する。但し、ここでは、第一実施形態と同じ構成要素については同一の符号を使用して説明を割愛する。よって、第一実施形態の構成要素に対して異なる点のみを以下に述べる。
図３は第二実施形態の加工システムの構成を示す図である。
図１に示される第一実施形態においては、力センサ１６はロボット１２のアーム先端とハンド１１との間の手首部に設置されている。しかし、力センサ１６はロボット１２ではなく加工機１３に設置されていてもよい。

つまり、第二実施形態においては、力センサ１６は、図３に示されるように加工機１３の主軸に設置されている。より具体的には、加工ツール用サーボモータ１５と、加工用サーボモータ１５により回転自在な加工ヘッド２２との間に配置されている。そして、加工ヘッド２２に加工ツール１４が着脱自在に取付けられている。

第二実施形態によれば、力センサ１６を加工機１３の主軸に設置しているため、第一実施形態と比べてロボット１２の手首部を小型化することができる。しかし、本発明においては、力センサ１６の設置場所は限定されない。ワークＷを回転中の加工ツール１４に押付けている際にワークＷと加工ツール１４との間の作用力を良好に検出できる場所であれば、力センサ１６の設置場所は、どこでも構わない。

なお、その他の構成について第一実施形態と同じである。第二実施形態の加工システムの動作もまた、上述した第一実施形態の加工システムの動作と同じである（図２Ａ、図２Ｂ参照）。

（第三実施形態）
次に第三実施形態について説明する。但し、ここでは、第一実施形態と同じ構成要素については同一の符号を使用して説明を割愛する。よって、第一実施形態の構成要素に対して異なる点のみを以下に述べる。
図４は第三実施形態の加工システムの構成を示す図である。
第三実施形態においては、図４に示すように、制御装置１７内に周波数分析部２３がさらに備えられている。

より具体的には、周波数分析部２３は、力検出値取得部２１により監視されている力センサ１６の力検出値Ｋの履歴に対して周波数分析、例えばＦＦＴ（ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ）分析を行う。そして、周波数分析部２３は、ＦＦＴ解析によって力センサ１６の力検出値Ｋの履歴を複数の周波数成分に分解し、複数の周波数成分の中から特定の周波数成分Ｆを抽出して判定部２０に送信する。

抽出する特定の周波数成分Ｆは、加工ツール１４に対してワークＷを押付けて加工を行っている際の負荷変動の周波数である。このような負荷変動の周波数が所定の周波数範囲を超えていると、いわゆる「びびり」現象がワークＷに発生したと考えることができる。本実施形態においては、「びびり」現象を回避するために力センサ１６の力検出値Ｋの履歴から周波数成分Ｆを抽出している。

そのため、判定部２０は、周波数分析部２３から送信された特定の周波数成分Ｆが所定の上限閾値Ｎ３と所定の下限閾値Ｎ４との間に収まっているか否かを判定する。
上限閾値Ｎ３および下限閾値Ｎ４をそれぞれ設定変更可能にするため、判定部２０には、下限閾値Ｎ３および上限閾値Ｎ４を入力する入力部（図示せず）が接続されていてもよい。

そして、サーボモータ制御部１８は、動作指令部１９からの指令に基づき、加工ツール１３を回転させるサーボモータ１５の回転速度を制御する。さらに、サーボモータ制御部１８は、動作指令部１９からの指令に基づき、ワークステージ１０から加工ツール１４へのワークＷの搬送を制御する。つまり、ロボット１２の各関節部の軸をそれぞれ駆動するロボット用サーボモータ２４がサーボモータ制御部１８により制御される。

その他の構成については、第一実施形態（図１）または第二実施形態（図３）において説明した構成と同じである。なお、第三実施形態の力センサ１６の設置場所は、ロボット１２のアーム先端とハンド１１との間か、あるいは加工機１３の加工ツール用サーボモータ１５と加工ヘッド２２との間であればよい。

次に、第三実施形態の加工システムの動作について説明する。
第三実施形態の加工システムの動作は、図２Ａに示される第一実施形態の動作ステップＳ１１〜Ｓ１５と基本的に同じである。但し、上述したように周波数分析部２３が制御装置１７内に追加されているため、第一実施形態に対し、ステップＳ１４での処理内容が一部異なっている。よって、この点についてのみ図５に基づいて詳述する。

図５は第三実施形態の加工システムの特徴的な動作を説明するためのフローチャートである。特に図５は、図２Ａに示されるステップＳ１４の速度調整処理を第三実施形態として具体的に示すフローチャートである。

図５に示されるように速度調整処理が開始されると、まず、制御装置１７の周波数分析部２３は、力検出値取得部２１が監視および取得している力センサ１６の力検出値Ｋの履歴に対してＦＦＴ（ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ）分析を行う。そして、周波数分析部２３は、ＦＦＴ解析によって力センサ１６の力検出値Ｋの履歴を複数の周波数成分に分解し、複数の周波数成分の中から特定の周波数成分Ｆを抽出する（ステップＳ５１）。

次いで、制御装置１７の判定部２０は、周波数成分Ｆと所定の上限閾値Ｎ３とを比較する（ステップＳ５２）。ステップＳ５２において周波数成分Ｆが所定の上限閾値Ｎ３以上である場合には、動作指令部１９はロボット１２のワークＷの送り速度を微少な第一速度量だけ減速する（ステップＳ５３）。また、ステップＳ５２において周波数成分Ｆが所定の上限閾値Ｎ３より小さい場合には、ステップＳ５７に進む。ステップＳ５７以降については後で述べる。

ステップＳ５３の後、再び、周波数分析部２３は、ＦＦＴ解析によって力センサ１６の力検出値Ｋの履歴を複数の周波数成分に分解し、複数の周波数成分の中から特定の周波数成分Ｆを抽出する（ステップＳ５４）。さらに、制御装置１７の判定部２０は、ステップＳ５４において抽出された周波数成分Ｆを所定の上限閾値Ｎ３と比較する（ステップＳ５５）。

その結果、ステップＳ５４において抽出された周波数成分Ｆが未だ所定の上限閾値Ｎ３以上である場合には、動作指令部１９は加工ツール１４の回転速度を微少な第二速度量だけ減速する（ステップＳ５６）。その後、ステップＳ５１に戻り、ステップＳ５４において抽出される周波数成分Ｆが所定の上限閾値Ｎ３より小さくなるまでステップＳ５１〜ステップＳ５６を繰返す。また、ステップＳ５４において抽出された周波数成分Ｆが所定の上限閾値Ｎ３より小さい場合には、ステップＳ５７に進む。

ステップＳ５７においては、制御装置１７の判定部２０は、ステップＳ５１またはステップＳ５４において抽出された周波数成分Ｆを所定の下限閾値Ｎ４と比較する（ステップＳ５７）。その結果、ステップＳ５１またはステップＳ５４において抽出された周波数成分Ｆが所定の下限閾値Ｎ４以下である場合には、動作指令部１９はロボット１２のワークＷの送り速度を微少な第一速度量だけ増速する（ステップＳ５８）。

ステップＳ５１またはステップＳ５４において抽出された周波数成分Ｆが所定の下限閾値Ｎ４より大きい場合には、ワークＷの加工品質が正常に保たれていると判断できる。したがって、動作指令部１９は速度調整処理を終了し、図２Ａに示されるステップＳ１５に進む。

ステップＳ５８の後、再び、周波数分析部２３は、ＦＦＴ解析によって力センサ１６の力検出値Ｋの履歴を複数の周波数成分に分解し、複数の周波数成分の中から特定の周波数成分Ｆを抽出する（ステップＳ５９）。さらに、制御装置１７の判定部２０は、ステップＳ５９において抽出された周波数成分Ｆを所定の下限閾値Ｎ４と比較する（ステップＳ６０）。

その結果、ステップＳ５９において抽出された周波数成分Ｆが未だ所定の下限閾値Ｎ４以下である場合には、動作指令部１９は加工ツール１４の回転速度を微少な第二速度量だけ増速する（ステップＳ６１）。その後、ステップＳ５１に戻り、ステップＳ５９において抽出された周波数成分Ｆが所定の下限閾値Ｎ４より大きくなるまでステップＳ５１〜ステップＳ６１を繰返す。また、ステップＳ５９において抽出された周波数成分Ｆが所定の下限閾値Ｎ２より大きい場合には、ワークＷの加工品質が正常に保たれていると判断できる。したがって、動作指令部１９は速度調整処理を終了し、図２Ａに示されるステップＳ１５に進む。

以上のように、力センサ１６の力検出値Ｋの履歴から抽出された周波数成分Ｆが上限閾値Ｎ３と下限閾値Ｎ４との間に収まるように、加工ツール１４の回転速度とロボット１２のワークＷの送り速度とを複合的に調整することにより、ワークＷの加工が行われる。周波数成分Ｆがいわゆる「びびり」現象の周波数とならないようにワークＷを加工できるので、ワークＷの加工品質を維持することができる。

勿論、上述したような上限閾値Ｎ３、下限閾値Ｎ４、加工ツール１４に対するワークＷの送り速度を増速もしくは減速するときの微少な第一速度量、および、加工ツール１４の回転速度を増速もしくは減速するときの微少な第二速度量については、ワーク加工前に設定変更可能である。また、上限閾値Ｎ３および下限閾値Ｎ４については、第一実施形態と同様に、前もってワークＷの試し加工を行うことにより決定されることが好ましい。

なお、上述した第三実施形態においては、加工ツール１４に対するワークＷの送り速度を調整した後に加工ツール１４の回転速度を調整している（図５のＳ５３、Ｓ５６、Ｓ５８、Ｓ６１参照）。しかし、本発明においては、ワーク送り速度および加工ツール回転速度を調整する順番は逆であってもよい。つまり、図５のステップＳ５３やステップＳ５８において加工ツール１４の回転速度を調整した後、図５のステップＳ５６やステップＳ６１において加工ツール１４に対するワークＷの送り速度を調整してもよい。
また、図５のステップＳ５３において、加工ツール１４の回転速度および加工ツール１４に対するワークＷの送り速度の両方を減速させ、図５のステップＳ５８において、加工ツール１４の回転速度および加工ツール１４に対するワークＷの送り速度の両方を増速させてもよい。

（その他の実施形態）
上述した第一実施形態、第二実施形態および第三実施形態の加工システムにおいては、それぞれ、加工機１３の主軸に装着されている加工ツール１４が他の加工ツールと交換可能であることが好ましい。図６は本発明の他の実施形態として、加工ツール１４が交換可能な加工システムの構成を示す図である。但し、上述した各実施形態の加工システムと同じ構成要素については、既に説明した内容と変わらないものとし、図６においても同じ符号を用いている。

より具体的に説明すると、図６に示される加工システムにおいて、加工機１３は、主軸に装着されている加工ツール１４を他の加工ツールと交換する自動工具交換装置２５を備えている。そして、加工機１３の傍には工具ストッカー２６が設置されている。バリ取り、研磨、研削などの加工作業や加工を行うワークＷの種類などに応じて加工ツールを使分けられるように、工具ストッカー２６には複数の加工ツールが収納されている。自動工具交換装置２５は、例えば加工すべきワークＷの情報が入力されると、加工を行うワークＷの種類に対応した加工ツールを工具ストッカー２６内の複数の加工ツールから選択して、加工機１３の主軸に装着されている加工ツール１４と交換するようになされている。

また、図６に示された加工システムにおいても、ロボット１２によりワークＷを加工ツール１４に対して押付けて加工するとき、力センサ１６がワークＷと加工ツール１４との間に作用する力を検出する。そして、当該加工システムの制御装置１７（図６には図示しない。）もまた、上述の各実施形態において説明したとおり、力センサ１６により得られた力の検出値が所定の上限閾値と所定の下限閾値との間に収まるように、ロボット１２により加工ツール１４に押付けられるワークＷの送り速度と、加工ツール１４の回転速度とを調整するようになされている。特に、図６に示された加工システムにおいて、上記の所定の上限閾値および所定の下限閾値の少なくとも一方は、加工を行うワークＷの種類に応じて別の値に切替えて使用されることが好ましい。このことにより、ワークＷの種類に応じて加工ツール１４を変更しても、ワークＷの加工品質を良好に維持することができる。

なお、図６においては、第二実施形態の加工システム（図３参照）の構成に自動工具交換装置２５および工具ストッカー２６を適用した例を示しているが、自動工具交換装置２５および工具ストッカー２６は第一実施形態の加工システム（図１参照）の構成に適用されてもよい。

以上、典型的な実施形態を示したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の思想を逸脱しない範囲で上述の実施形態を様々な形、構造や材料などに変更可能である。

１０ワークステージ
１１ハンド
１２ロボット
１３加工機
１４加工ツール
１５加工ツール用サーボモータ
１６力センサ
１７制御装置
１８サーボモータ制御部
１９動作指令部
２０判定部
２１力検出値取得部
２２加工ヘッド
２３周波数分析部
２４サーボモータ
２５自動工具交換装置
２６工具ストッカー

Claims

ワーク（Ｗ）を把持するハンド（１１）がアーム先端に設けられたロボット（１２）と、
加工ツール（１４）を回転させる主軸を有する加工機（１３）と、
前記加工ツール（１４）を回転させるとともに、前記ハンド（１１）により把持された前記ワーク（Ｗ）を前記加工ツール（１４）に押付けて加工するように、前記加工機（１３）と前記ロボット（１２）とを制御する制御装置（１７）と、
前記ロボット（１２）により前記ワーク（Ｗ）を前記加工ツール（１４）に対して押付けて加工しているときに前記ワーク（Ｗ）と前記加工ツール（１４）との間に作用する力を検出する力センサ（１６）と、を備え、
前記制御装置（１７）は、前記力センサ（１６）により検出される前記力の検出値の履歴から、負荷変動により生じる振動の大きさが予め定められた値を超える周波数の成分である特定の周波数成分を抽出し、抽出された前記特定の周波数成分がびびり現象が生じない範囲の上限閾値と下限閾値との間に収まるように、前記ロボット（１２）により前記加工ツール（１４）に押付けられる前記ワーク（Ｗ）の送り速度および前記加工ツール（１４）の回転速度のうち少なくも一方の速度を調整するように形成されており、
前記力センサ（１６）により検出される前記力の検出値の履歴から前記特定の周波数成分を抽出する周波数分析部（２３）と、
前記周波数分析部（２３）により抽出された前記特定の周波数成分が前記上限閾値と前記下限閾値との間に収まっているか否かを判定する判定部（２０）と、
前記判定部（２０）により前記特定の周波数成分が前記上限閾値以上であると判定された場合には、前記ワーク（Ｗ）の送り速度および前記加工ツール（１４）の回転速度のうちの一方の速度を減速させ、一方の速度を減速させた後に前記特定の周波数成分が前記上限閾値以上である場合には前記ワーク（Ｗ）の送り速度および前記加工ツール（１４）の回転速度のうちの他方の速度を減速させ、さらに、前記判定部（２０）により前記特定の周波数成分が前記下限閾値以下であると判定された場合には、前記ワーク（Ｗ）の送り速度および前記加工ツール（１４）の回転速度のうちの一方の速度を増速させ、一方の速度を増速させた後に前記特定の周波数成分が前記下限閾値以下である場合には前記ワーク（Ｗ）の送り速度および前記加工ツール（１４）の回転速度のうちの他方の速度を増速させる動作指令部（１９）と、を有する、加工システム。
前記力センサ（１６）は、前記ロボット（１２）の前記アーム先端と前記ハンド（１１）との間に設置されている、請求項１に記載の加工システム。
前記力センサ（１６）は、前記加工機（１３）の前記主軸に設置されている、請求項１に記載の加工システム。
前記加工機（１３）は、加工すべきワーク（Ｗ）の種類に対応した加工ツールを複数の加工ツールから選択して、前記主軸に装着されている加工ツール（１４）と交換する自動工具交換装置（２５）をさらに備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の加工システム。
前記上限閾値および前記下限閾値の少なくとも一方は、前記加工すべきワーク（Ｗ）の種類に応じて別の値に切替えて使用されるようにした、請求項４に記載の加工システム。