JP6549714B2 - ワークピースを検出するための装置、ワークピース評価システム、製造システム、ワークピースの処理方法 - Google Patents
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Description
本出願は、2014年12月17日に出願された米国仮特許出願第62/092,874号、及び2015年12月17日に出願された米国実用特許出願第14/973,175号に対する優先権および利益を請求する。そして、その全体の開示は参照により本明細書に組み込まれる。
この板金ワークピースは、一連の連続する工程(スタンピング、フォーミング又は他の工程)の最初の機械へ入れられるために、ブランク(素材片:blank)のスタック(積み重ねたブランク(stack of blanks))から取り上げられるブランクでもよい。
あるいは、板金ワークピースは、既にプレス加工され、他の機械へ入れられる同じワークピースのスタックを形成していてもよい。
いくつかの工程では、ブランク又はワークピースのスタックから一番上の板金を手動で取り上げているが、本発明はブランクワークピース(blank workpiece)に係合して扱うための自動プロセスに関する。
部品を扱うこの種の自動プロセスは、一般に、ワークピースを掴み、保持し、離す腕先(end-of-arm)ツールを要し、これにより、マニピュレータは、ワークピースのスタックから一番上のワークピースを取り上げて、その目的地へ移動させることができる。
この種の用途のための一般的且つ典型的な腕先ツールは、圧縮空気、並びにバキュームポンプ又は吸着カップ内に真空をつくるベンチュリ形真空生成装置を利用するバキュームサクションカップである。
ゴム吸着カップは、バキュームカップ内に作られた真空によってブランクワークピースに接触及び吸着するために利用される。
マニピュレータがブランクワークピースを取り上げてその目的地へ移動すると、バキュームカップ内の圧力は反転され、そして、ブランクワークピースは「吹き飛ばされる」か又は吸着カップから解放される。
これは「ダブルブランク」状態と呼ばれる。
ブランクワークピースをくっつける要因は、油又は他の物質、腐食、ほこり、ワークピースに形成された静電気を含む。
特に加工済の部品では、小さな金属バリの機械的な連結もダブルブランク状態を生じることがある。
スタンピング、成形、溶接又は他の工程が単一のブランクワークピースを必要とする場合、2個のブランクや複数のワークピースがこのような工程へ投入されることは望ましくなく、このような状態は、ワークピースの破損だけでなく機械及びツールへの損傷を生じ得る。
破損した機械及び器材は、廃棄ワークピースと同様に、工業環境において望ましくない非効率性を招く。
2個のブランクワークピースが次の工程へ投入されるのを防止するという課題は、実質的に平坦な材料の板を扱う金属成形産業及び他の産業工業にとって主要な課題である。
例えば、強力な磁石が、積み重ねられたワークピースの縁の近傍で利用された。
磁石は、スタック内の一番上のブランクワークピースから、スタックの残りのスタックを反発させる。
しかしながら、この種の磁石は、鋼鉄であるか他の磁性体のみに働くが、アルミニウム、プラスチック、又は他の非磁性体)には働かない。
エアナイフは、ブランクワークピースの縁に空気の高圧流を向けて、一番上のブランクと一番上のブランクの下に隣接するブランクとの間の接着を破ることによって、空気圧でパーツを排除するノズルである。
しかしながら、これらの状況におけるエアナイフの使用は一貫性がなく常に成功するわけではない。
これらの電子感知装置は、典型的に腕先ツールに載置され、2個のブランクワークピースがあるか否か電子的に検出するために、センサの表面がブランクワークピースの表面と同一平面にされる。
しかし、これらの装置も結果が一貫せず、さらに電子感知装置を腕先ツール内に取り付ける必要から、腕先ツールの一部として販売されるために、腕先ツールに対する追加コストも要していた。
本発明は、ワークピースと係合して、ワークピースを扱うためのワークピース係合デバイスに接続可能なマウントアダプタを含む。
マウントアダプタに、セル体を接続してよい。セル体は、セル体内に配置されて、ワークピースの加速値を測定して信号を送る加速度計を有する。
セル体に、マニピュレータに接続可能なロードセル(load cell)を接続してよい。ロードセルは、ワークピースの荷重値を測定して信号を送る。
コンピュータプロセッサは、ワークピースの加速値及び荷重値を受信して、ワークピース係合デバイスに係合する複数のワークピースがあるか否か決定できる。
本体は、マニピュレータに連結される第1端部と、昇降具に連結される第2端部と、を含む。
加速度計は、本体に連結され、本体の局所的加速度を測定して、局所的加速度を表す局所的加速度信号を送信する。
力センサは、本体に連結され、昇降具によって本体に印加される局所的力を測定して、局所的力を表す局所的力信号を送信する。
ローカルプロセッサは、本体に連結され、加速度計及び力センサに電気的に接続して局所的加速度信号及び局所的力信号を受信する。
ローカルプロセッサは、局所的加速度信号及び局所的力信号に基づいて局所的質量値を決定して、局所的質量値を表す局所的質量値信号を送信する。
製造システムは、複数の装置及び1個以上のプロセッサを含む。
各装置は、本体、加速度計及び力センサを含む。
本体は、マニピュレータに連結される第1端部と、昇降具に連結される第2端部と、を含む。
加速度計は、本体に連結され、本体の局所的加速度を測定して、局所的加速度を表す局所的加速度信号を送信する。
力センサは、本体に連結され、昇降具によって本体に印加される局所的力を測定して、局所的力を表す局所的力信号を送信する。
1個以上のプロセッサは、局所的加速度信号及び局所的力信号に基づいて各装置毎に局所的質量値を決定して、各装置からの局所的質量値を合計することで総質量値を測定する。
方法の第1及び第2ステップは、昇降具によって移動している1個以上のワークピースの移動の間、昇降具毎に、局所的加速度及び局所的力を測定することを要求する。
方法の第3ステップは、昇降具毎に、局所的加速度及び局所的力に基づいて局所的質量値を決定することを要求する。
方法の第4ステップは、昇降具毎の局所的質量値を加算することによって総質量値を決定することを要求する。
第5ステップは、総質量値と目標値を比較して、複数のワークピースが昇降具によって現在持ち上げられているか否かを決定することを要求する。
複数のワークピースが現在持ち上げられていると決定した場合、第6ステップは、現在持ち上げられているワークピースを拒絶することを要求する。
これらの図において、各実施形態に亘って同様の機能性を有する主要構成要素又は特徴は、100ずつ増加する参照符号(例えば、図1及び図3の装置10、加速度計28及び力センサ32と、図4の装置110、加速度計128及び力センサ132)とともに記述及び描画される。
本発明の装置10(例えば継手)は、プログラム可能なロボットアーム(例えばマニピュレータアーム)のようなマニピュレータ12に装置10の一端で接続するとともに、ワークピース16に係合するための腕先ツール14(例えばワークピース係合ツール又はデバイス、ワークピース昇降ツール又はデバイス、ワークピース移動ツール又はデバイスなど)に装置10の反対端で接続する。
各装置10は、腕先ツール14をマニピュレータ12に着脱可能に取り付ける継手として機能するか、又は、腕先ツール14を含んで、腕先ツール14に固定的に連結されていてもよい。
各装置10又はセントラルプロセッサ35は、ワークピース16が動いている間、装置10又はセントラルプロセッサ35に関連付けられた腕先ツール14によって持ち上げられているワークピース16の局所的質量又は局所的重量をさらに決定する。
装置10によって測定される局所的加速度と、腕先ツール14を介してワークピースによって装置10に印加されて装置10によって測定された局所的力から、ワークピース16の局所的質量が導出される。
装置10により決定される1つ以上の局所的質量に基づいて、システム1は、システム1の装置10に関連付けられた腕先ツール14によって持ち上げられているのが、1個のワークピース16であるか2個以上のワークピース16であるかを判断する。
バキュームカップ22は、ワークピース16に直接係合することができる。ワークピース16は、一般に「ブランク」と呼ばれる金属その他の材料の裁断されたシートを含んでよい。ワークピース16又はブランクは、それ以前に同じ部品としてプレス加工されるか加工されていてもよく、ワークピース16又はブランクは金属又は非金属材料の実質的に平坦な板を含んでよい。
ワークピース16又はブランクは、普通に各々の上に直接積み重なっており、マニピュレータ12は、バキュームカップ22をある位置に動かし、バキュームカップ22は、ワークピース16又はブランクのスタックの一番上にあるワークピース16又はブランクに係合する。
ワークピース16又はブランクのスタックは、図示しないワークステーションに格納されるか保持されている。
ワークステーションは、ワークピース16の更なる処理のための様々な異なるタイプのステーション(station)で構成されてよい。
一番上のブランクがスタック(1個のブランクだけが取り除かれると仮定する)から取り除かれるときに、一番上のブランクのすぐ下のブランクが一番上のブランクになる。
従来からスタックを垂直に保って最も上のブランクを取り除くことが好ましい。しかし理論的には、スタックの一端から取り除かれる一番上のブランクと水平に複数のブランクを載置することができる。
同様に、スタックを保護することができ、1個のブランクだけ(たまにダブルブランク)をシステムが取り除くことができる場合には、底のブランクへのアクセスが妨げられなければ、底のブランクを取り除くことが可能である。
ダブルブランク(2個のブランク)とは、バキュームカップ22及びマニピュレータ12に係合し移動されるときに互いにくっついた一対のブランク又はワークピース16のことをいう。
ブランク又はワークピース16は、様々なコーティング、油、ほこり、ブランクのギザギザ等のために互いにくっつくことがある。ブランクを処理して成形するための機械が2個のブランク又はワークピース16のために設計されていなければ、2個のブランク又はワークピース16は工業環境において望ましくない。
このように、2個のブランク又はワークピース16を適切な機械へ挿入すれば、機械に損害を与えるか又は不完全な部品を生産する。
この種の状況は、もちろん、工業環境において望ましくない。
質量値をワークピース16の1個分の理論的質量と単純比較することに関する課題は、腕先ツール14及びワークピース16が動くときに、ワークピース16の見かけの質量が動的であるということである。
概して、腕先ツール14がワークピース16のスタックからワークピース16を持ち上げ終えて静止するまで、ワークピース16の質量を適切に測定できない。
このような状況では、腕先ツール14及びワークピース16が静止するまで、ダブルブランク状態を判定できない。
この待ち時間は、ワークピース16の処理の減速を招き、それによって、産業用途において望ましくない製造工程の非効率性を生じる。
ワークピース16が下方へかける力、すなわち、ワークピース16の荷重は、ワークピース16の質量とワークピース16の加速度との積である。
静止状態では、加速度は、単に局所的な重力の加速度である。
ワークピース16を持ち上げる間、加速度は、重力加速度と腕先ツール14の加速度とのベクトル和となる。
数式(質量=力/加速度)を用いることにより、ワークピース16を持ち上げている間ずっと、加速値からワークピース16の質量を決定できる。
数式から分かるように、ワークピース16を持ち上げる間、荷重測定値及び加速値は比例して増加し、ワークピース16を持ち上げる間ずっと、ワークピース16の質量は比較的一定になる。
計算した質量をワークピース16の1個分の理論的な質量と比較することによって、装置10及び本発明の方法は、複数のワークピース16が腕先ツール14に存在するか否か決定することができる。
換言すれば、装置10及び本発明の方法は、ダブルブランク状態が発生したか否か決定することができる。
ダブルブランク状態が確認される場合、マニピュレータ12は、別個の荷下ろしステーションにてワークピース16を降ろすようにプログラムされるか、コンピュータプロセッサ34は、ワークピース16を降ろすようにユーザへ警告又は指標を提供してよい。
これは「ゼロ除算」エラーをもたらし、この期間の間、異常な数学演算が発生する。
しかしながら、この状態が発生する頃には、装置10及び本発明の方法によって既にワークピース16の質量の測定が終わっている。
このように、必要な計算は、加速度がゼロに近づく状況を回避しなければならない。
単純な閾値を設定して、閾値未満以下では計算が行われないようにしてもよい。
それらの状況において、システム1は、各腕先ツール14と連動して利用される本発明の1個の装置10を含む。
各腕先ツール14に分散された質量又は局所的質量は、ワークピース16の総質量を提供するために合計されてよい。
また、ワークピース16の加重又は力値と関連する加速度計値を用いて、ワークピース16の総質量を、ワークピース16の昇降の間に決定できる。それによって、ワークピース16が静止する前にダブルブランク指標を提供する。
本体26の各端部は、マニピュレータ12又は腕先ツール14に(例えば、留め具で)直接連結されてもよく、(適切な留め具とともに、例えば、力センサ32、マウントアダプタ24及び又は他の中間部材を介して)間接的にそれらに連結されてもよい。
装置10は、腕先ツール14をマニピュレータ12に取り付けるための継手として機能することができる。装置10はマニピュレータ12に取り外し可能に接続していて、腕先ツール14に、例えば取り外し可能に接続される。例えば装置10は、マニピュレータ12及び腕先ツール14の双方から、置換可能及び/又は修理可能な独立物(independent)であってよい。
それに代えて、装置10は、腕先ツール14に固定的に連結されるか腕先ツール14を有して、腕先ツール14を装置10の一部としてもよい。
マニピュレータ12がワークピース16を移動する際に、加速度計28は本体26の加速度(例えば局所的加速度)を測定する。本体26の加速度は、腕先ツール14によって持ち上げられているワークピース16の局所的加速度にほぼ等しい。
その後、加速度計28は測定された局所的加速度を示す局所的加速度信号28aを送信する(すなわち、局所的加速度情報を伝達する)。
局所的加速度信号28aは、例えば、加速度計28により測定される加速度に対応する加速度計28の電圧出力でもよく、又は、他の種類の信号(例えば、実際の加速値、その代理値(proxy)、又は加速度を導出できる他の情報又はデータの出力)でもよい。
加速度計28は、例えば、単一方向のみにおける加速度を測定する1軸加速度計でもよく、3次元空間における加速度を測定及び定量化できる3軸加速度計でもよい。
3軸加速度計によって、局所的加速度信号28aは3軸にそれぞれ関連する3つの局所的加速度信号を含み、その場合には、プロセッサ34は3次元空間中の加速度ベクトルを導出する。
あるいは、3軸加速度計自体が、3次元空間中の加速度や、荷重センサ32と実質的に整列した加速度成分を表すベクトルデータを導出して出力してもよい。
荷重センサ32は、測定した力を示す局所的力信号32aを送信する(すなわち、局所的力情報を伝達する)。
局所的加速度信号28aと同様に、局所的力信号32aは、荷重センサ32により測定された力に対応する荷重センサ32の電圧出力でもよいか、又は、他の種類の信号(例えば、実際の力値、その代理値、力を導出できる他の情報又はデータの出力)でもよい。
荷重センサ32は、腕先ツール14によって装置10に印加される曲げモーメント、回転トルク及び剪断力が、測定された力にほとんど影響を及ぼさないように、単一の一般的方向(general direction)における力を測定してよい。
他の例示的実施形態によれば、荷重センサ32は、3軸の力を測定し、さらに回転トルクを測定する。
3軸力センサにより、局所的力信号32aは3軸に各々関連した3つの局所的力信号を含み、その場合には、プロセッサ34は3次元空間中の力ベクトルを導出する。
あるいは、3軸力センサ自身が、3次元空間の中の力を表すベクトルデータを導出して出力してもよい。
加速度計28は、力センサ32と関連して物理的に配置されて、力センサ32が力を測定する方向と実質的に同様の方向(例えば約5度の範囲内、より好ましくは約1度の範囲内の方向)の加速度を測定する。
例えば、加速度計28及び力センサ32は、それぞれ、実質的に垂直方向(例えばそれぞれ垂直約5度の範囲内)において加速度及び力を測定するように構成される。
この単一の測定方向は、加速度測定及び力測定が行われる間の運動の規準方向(nominal direction)と実質的に同じでもよい。
その代わりに、他の例示的実施形態によれば、システム1の1個以上の装置10は、(例えば、ワークピース16の非水平面箇所のために)非垂直方向において、及び/又はワークピース16の運動方向と異なる方向において、加速度及び力を測定してもよい。
測定方向が垂直方向から及び/又は運動方向から移動するほど(ワークピースの実際の重量又は質量と関連する測定値や、結果として起こる計算における)精度が低下する。
しかしながら、より詳細に後述するように、目標値のマージンを増やすことで結果に生じる不正確さを埋めることができる。
装置の他の例示的実施形態によれば、加速度計28が3軸加速度計で、力センサ32が3軸力センサであって、空間中の加速度ベクトル及び力ベクトルを導出することによってより正確な測定及び計算を提供する。それにより、例えば、ワークピース16の非水平面箇所、ワークピース16の非垂直移動、及び/又は単一の測定方向と運動方向との間の不整列を考慮できる。
本明細書で用いられるプロセッサの用語は、通常、信号及びデータの処理が可能なコンポーネント、デバイス又はシステム(例えばコンピュータプロセッサ、メモリ及び記憶装置を有するコンピュータ)として理解すべきである。それらは複数のプロセッサユニットを含むことができ、信号の送受信に必要なコンポーネントを更に含むことができる。
プロセッサ34は、局所的加速度信号28a及び局所的力信号32aを受信する。
プロセッサ34は、局所的加速度信号28a及び局所的力信号32aに基づいて(すなわち、これらにより伝達される局所的加速度上方及び局所的力情報に基づいて)局所的質量値を決定する。
局所的質量を決定する際に、プロセッサ34は、局所的加速度信号28a及び/又は局所的力信号32aを適当な単位(例えば、ボルトから毎秒又はニュートンへ)に変換してもよい。
局所的質量値は、局所的であるため、ワークピースの総質量のうち、装置10と関連した腕先ツール14によってそれぞれ持ち上げられている持ち分又は一部分である。
更に、局所的質量値は、実際の局所的質量に対する代理値である。したがって、実際の局所的質量、実際の局所的重量や、局所的質量又は局所的重量を導出できるこれらの代理値、又は(例えば、非垂直方向の加速度測定及び力測定のための)局所的質量又は局所的重量の近似値でもよい。
換言すると、局所的質量値の用語は、必ずしも質量(例えばキログラム)の単位における計測値であるというわけではなくて、実際の局所的質量の代理値、又はその近似値であればよく、実際の局所的質量に関連する他の単位(例えば、力の単位、任意の単位、無単位など)を有することができる。
例えば、プロセッサは、加速度計信号28a又は力信号32aの電圧出力を加速度又は力の単位に変換せずに、直接入力変数として電圧を利用してよい。
例えば、プロセッサ34は、実際の局所的質量Mlocal=Fmeasured/(Ameasured+Agravity)として局所的質量値を決定することができる。
Fmeasuredは、力センサ32で測定した力(例えば実質的に垂直な力)から既知の腕先ツール14の重量を除いた値であり、Ameasuredは加速度計28で測定された加速度(例えば3軸加速度計で測定した加速度のうちの実質的に垂直な成分、又は実質的に垂直に整列された1軸加速度計で測定した加速度)であり、Agravityは周知の重力加速度(すなわち9.81m/s2)である。
それに代えて、局所的質量値は、Wlocal=Mlocal×Agravityとして算出される実際の局所的重量値でもよい。
あるいは、局所的質量値は、装置10に連結された腕先ツール14をワークピースに加えた局所的質量、局所的重量、又はその代理値でもよい(すなわち力センサ32で測定される局所的力から腕先ツール14の周知の重量減算されていない値)。
その後、プロセッサ34は、局所的質量値を示す局所的質量信号34aを送信する、又は送信させる。
中央処理装置は、1個以上の装置10の各々から、局所的質量信号34aを受け取る。
中央処理装置35は、例えば、装置10の各々からの局所的質量値を加えることで、総質量値又は累積質量値を決定する。
局所的質量値と同様に、総質量値は、実際の総質量、実際の総重量、それらの代理値、又はその近似値でもあってもよい。
それに代えて、目標値は較正された目標値でもよい。較正された目標値は、例えば、ワークピース16を持ち上げて、測定値(すなわち加速度及び/又は力)とそれに続く演算(局所的質量値及び/又は総質量値)に基づいて得てもよい。
較正は、システム1によりワークピース16を懸架して静止した状態で実行してもよく、及び/又はシステム1でワークピース16を移動させて(例えば、通常運転で予想される運動を通して)実行してもよい。
目標値は、単一のワークピース自体の周知の質量(例えば、理論値又は較正値)であってよく、ワークピース16及び腕先ツール14の周知の質量(例えば、理論値又は較正値)を組み合わせた量に基づいてもよい。
目標値は、測定値の変動(例えば、30%及び50%との間)を考慮するためのエラー要因を含んでもよい。エラー要因は、一連のワークピース16間の運動の変動だけでなく、上述した、非垂直の加速度測定値及び力測定値、非垂直運動、及び/又は測定方向と運動方向との間の不整列を考慮してよい。
例えば、システム出力信号35aは、バイナリ出力でよい。このバイナリ出力は、例えば、複数のワークピース16が検出された場合だけの誤り信号でよく、誤り信号によってワークピース(s)が拒絶されて、通常のシーケンスの下で更に処理を受けないようにする(例えば、拒絶されたワークピース16は脇に置かれる)。
これらのダブルブランク状態では、上述のとおり、コントローラMは、別個の荷下ろしステーションにてワークピース16を降ろしてもよく、ユーザがワークピース16を降ろすようにシステム1によって警告又は指標を提供してよい。
誤り信号が生じない場合、ワークピース16は受け入れられ、通常のシーケンスの下で更なる処理を受ける。
他の実施例によれば、システム出力信号はより多くの離散情報を提供してよい。例えば、合格又は誤り信号、検出されるワークピースの数(例えば0、1、2、3、その他)、総質量値(例えば、総質量、総重量、又はそれらの代理値)などであってよく、マニピュレータ12及び腕先ツール14を運転する際にコントローラMにより用いられてよい。
中央処理装置は、各装置10から加速度信号28a及び力信号32aを受信して処理する。その一方で、局所的質量値及び総質量値の両方が中央処理装置35で決定されるので、局所的質量信号を送受信するステップを省略できる。
他の例示的実施形態によれば、中央処理装置35、及び関連の受信ステップ、送信ステップ、及び処理ステップは、例えば、単一の装置10だけを備えるシステムでは省略できる。その場合、局所的質量値は総質量値に等しくて、閾値又は範囲と直接比較できる。
さらに他の例示的実施形態において、複数の装置10のいずれかのプロセッサ34は、中央処理装置として機能してよい(すなわち、他の装置10と電気的に接続して他の装置10から局所的質量信号34aを受信して処理し、総質量値を決定してよい)。
さらに他の実施例によれば、システム1は、より多くのプロセッサ(例えば追加的な中間プロセッサ)を含んでもよく、(例えば、コントローラMが局所的加速度信号28a及び局所的力信号32aを直接受信してするようにして)より少ないプロセッサを含んでもよい。
加速度を測定する第1ステップ(ステップ1001)は、加速度信号28aを送信するサブステップ(このサブステップは加速度計28によって実行される)と、加速度信号28aを受信するサブステップ(このサブステップは、装置10のプロセッサ34によって、又は、例えば上述のとおり装置10がプロセッサ34を含まないシステム1では中央処理装置35によって実行される)を含んでよい。
力を測定する第2ステップ(ステップ1002)は、力信号32aを送信するサブステップ(このサブステップは力センサ32によって実行される)と、力信号32aを受信するサブステップ(このサブステップは装置10のプロセッサ34によって、又はシステム1の中央処理装置35によって実行される)を含んでよい。
上述のとおり、局所的質量値は、加速度信号28aから受け取る局所的力情報と力信号32aから受け取る局所的加速情報に基づいて算出される。
局所的質量値を算出する第3ステップ(ステップ1003)は、装置10のプロセッサ34によって実行される場合、局所的質量値を表す局所的質量信号34aを送信するサブステップ(このサブステップはプロセッサ34によって実行されるか又は生じる)と、局所的質量信号34aを受信するサブステップ(このサブステップは中央処理装置35によって実行される)を含んでよい。
装置10のプロセッサ34を省略しているシステム1では、中央処理装置35は、加速度信号28a及び力信号32aを直接受信した時に、局所的質量値を算出する第3ステップ(ステップ1003)を実行してよい。
第5ステップ(ステップ1005)は、ダブルブランク状態が存在するか否か決定するために総質量値を閾値又は範囲と比較するサブステップと、判定に基づいてシステム出力信号35aを送信するサブステップと、出力信号に基づいて1個以上のワークピースを受け入れるか又は拒絶するサブステップを含んでよい。
中央処理装置35を含まないシステム1では、第4及び第5ステップは、装置10のプロセッサ34によって代わりに実行してよい。
例えば、1個の装置10だけを備えるシステム1や、いずれかの一個の装置10のプロセッサ34が、他の装置10のプロセッサ34、加速度計28、力センサ32と直接通信するシステム1では、上記いずれか1個の装置10のプロセッサ34が、ローカルプロセッサ及び中央処理装置の両方として機能することができる。
ステップ1001〜1006は、その後、マニピュレータ12及び腕先ツール14が次のワークピースを持ち上げる度に繰り返される。
図3に示すように、本発明の装置10は、腕先ツール14及びマニピュレータ12の間に位置する。
本発明の装置10の機能的な電子部品(例えば加速度計28、力センサ32及び/又はプロセッサ34)は、マニピュレータ12上の、腕先ツール14をマニピュレータ12へ接続する箇所の上方に直接配置することもできるが、このような接続は、マニピュレータ12を本来のユーザに売る前に、マニピュレータ12の製造業者が本発明の装置10をマニピュレータ12にインストールすることを必要としうる。
この場合、マニピュレータ12の製品及び保守性にコストが追加されるため、おそらくこの種の設計は、マニピュレータ12の製造業者にとって望ましくないだろう。
本発明の装置10を、腕先ツール14内に載置されることもできるが、腕先ツール14の製造業者は既存の腕先ツール14に本発明の装置10を実装することを強制される。
これもまた、腕先ツール14のコスト及び保守性を増加させる。
図3に示されるようにマニピュレータ12と腕先ツール14との間に装置10を配置すると、装置10を独立して保守することが可能になるので、マニピュレータ12と腕先ツール14との間への本発明の装置10の装着と比較すると、上記の代替的な本発明の装置10の装着は両方とも実際的ではない。
マウントアダプタ24は、実質的に矩形のプレート状の構成を有する。マウントアダプタにはマウントアダプタを貫通する開口(図示せず)が延在している。従来の留め具(図示せず)は、開口を通って延在し、バキュームカップ装置18のベンチュリ20に提供された対応する開口(図示せず)内へ伸びることができる。
本発明において、マウントアダプタ24が、腕先ツール14を本発明の装置10へ装着することを可能にする他の構成を備えてもよい。
さらに、腕先ツール14は、上記のバキュームカップ装置18の他に、例えば動力作動式グリッパ及びクランプのような、様々なタイプ及び較正の腕先ツール14を含んでよい。
セル体26は、実質的に円筒状のディスクのような構成を有する。マウントアダプタ24の開口27は、セル体26の開口(図示せず)に対応し、従来の留め具(図示せず)がこれら開口を通って延在することを可能にすることによってマウントアダプタ24をセル体26に接続する。
従来の加速度計28は、セル体26内で配置され、本発明の装置10の加速度を測定する。
ワークピース16が腕先ツール14に係合されるときに、マニピュレータ12、装置10、腕先ツール14及びワークピース16は一元的に接続されていることによって、加速度計28は単一の加速値を測定できる。
加速度計28がワークピース16の加速度値に対応する信号を電気コンセント30に送ることができるように、加速度計28は電線(図示せず)を経由して電気コンセント30に電気的に接続される。
セル体26には、電線を受けて電気コンセント30へのアクセスを提供するスロット31が設けられる。
従来の留め具は、セル体26及びロードセル32にそれぞれ設けられた対応する開口29及び開口33を通って延在している。
マニピュレータ12からロードセル32に設けられた開口39へ伸びる従来の留め具(図示せず)によって、ロードセル32はマニピュレータ12に接続できる。
ロードセル32は、実質的に円筒状のディスクのような構成を有して、従来の方法で、ワークピース16によってロードセル32に印加される荷重又は力を決定できる。
腕先ツール14、セル体26及びマウントアダプタ24によって印加される荷重又は力を予め定め、腕先ツール14、セル体26及びマウントアダプタ24の荷重又は力を、ロードセル32で測定される全荷重又は力から減算することによって、ワークピース16の荷重又は力を算出できる。
ロードセル32は、電気コンセント30に接続している電線(図示せず)で送信されるワークピース16の荷重値を提供する。
電気コンセント30は、ロードセル32に接続されてロードセル32から伸びる。
電気コンセント30は、中央コンピュータプロセッサ35に電気的に接続している対応するケーブル37に受け止められる複数のピン36を提供する。
中央コンピュータプロセッサ35は、加速度計28及びロードセル32から信号を受信して、複数のワークピース16があるか否か決定するための適切な演算を行う。
ローカルプロセッサは、電気コンセント30と電気的に通信し、装置10で決定した局所的質量を示す信号(すなわち局所的質量信号34a)を中央処理装置35へ送信する。
本実施例における本発明の装置110は、前述したように、腕先ツール14に接続しているマウントアダプタ124を提供する。
マウントアダプタ124は、実質的にプレートのような構成を有しており、腕先ツール14をマウントアダプタ124に接続する従来の留め具を受け入れるための複数の開口138が、マウントアダプタ124を貫通して延在している。
隔膜146は、外側の剛性リング143と、内側の剛性ディスク145と、リング143及びディスク145の間に延在しこれらに接続する可撓性凹部157と、を有する。
留め具140は、マウントアダプタ124に設けられた開口141と、セル体126の隔膜146のディスク145に設けられた対応する開口154を通って延在し、セル体126をマウントアダプタ124に接続する。
セル体126の隔膜146は、複数の従来の留め具148を用いて、セル体126のハウジング144に接続している。
留め具148は、隔膜146のリング143と、セル体142のハウジング144にそれぞれ設けられた対応する開口150及び開口152を通って延在する。
荷重センサ132は、セル体126の隔膜146の凹部157の両側に載置する2対の歪みゲージ156(1対だけ図示する)を含む。セル体126の隔膜146の凹部157は、ワークピース16によって印加された荷重又は力に応答して撓曲する。
歪みゲージ156は、ワークピース16によって本発明の装置110に印加された荷重又は力を示す力信号(すなわち、上記において力信号32aと表記される)を出力する。
歪みゲージ156は、図示しない中央処理装置(上記及び図1において中央処理装置35と表記される)へ力信号を送信するための電気配線(図示せず)を介して、セル体126のハウジング144に取り付けられる電気コンセント130に電気的に接続している。
歪みゲージ156は、後述のとおり回路基板161に接続していてもよい。
本実施形態では、2対の歪みゲージ156のみが記載されているが、本発明は、2対の歪みゲージ156を使用のみに限られていない点に留意されたい。用途に応じて、いかなる数の歪みゲージでも利用できる。
加速度計128は、電線(図示せず)又は回路基板161に設けられている電気的接続(図示せず)を用いることによりコンセント130と電気的に通信する。
加速度計128は、ワークピース16の加速度を示す電気信号(すなわち、上記において加速度信号28aと表記される)をコンセント130に提供する。この電気信号は中央処理装置に送信される。
回路基板161は、実質的にスポーク状構造を有し、回路基板161のスポークは、セル体126のハウジング144内に設けられている凹部163へ相補的に係合する。
従来の留め具165は、回路基板161の開口167及びセル体126のハウジング144の開口169を通って延在し、回路基板161をセル体126に固定する。
実質的に円筒状カバー162が、セル体126のハウジング144の一端に接続する。それによって、セル体126のハウジング144が囲まれる。
カバー162は、複数の従来の留め具164によってセル体126のハウジング144に接続される。
留め具164は、カバー162及びセル体126のハウジング144にそれぞれ設けられた対応する開口166及び開口154を通って延在する。
電気コンセント130は、セル体126のハウジング144に設けられた対応する開口168に螺入される。
電気コンセント130は、加速度計信号及び荷重信号を中央コンピュータプロセッサに伝達するための電気ケーブル137に係合する複数のピン170を提供する。
本発明の装置110は、複数の装置110を直列に接続することを可能にするために2つの電気コンセント130をために提供してよい。又は、装置110は、各装置10が中央コンピュータプロセッサに個別に接続することを可能にするための1個の電気コンセント130を提供してもよい。
前述したように、中央コンピュータプロセッサは、加速度計信号及び荷重信号を受信して、腕先ツール14に単一のワークピース16が取り付けられるか否か決定する。
ローカルプロセッサは、電気コンセント130と電気的に通信し、装置110で決定した局所的質量を示す信号(すなわち局所的質量信号34a)を中央処理装置35へ送信する。
装置210は、実質的に円筒状のディスクのような構成を有するマウントアダプタ224を提供する。
マウントアダプタ224は、従来の留め具(図示せず)を用いることにより腕先ツール14に接続している。留め具は、マウントアダプタ272に設けられた対応する開口274を貫通し、腕先ツール14に設けられた対応する開口(図示せず)を通る。
マウントアダプタ224は、腕先ツール14から見てマウントアダプタ224の反対側に、マウントアダプタ272から一体的に伸びる4個のシリンダ276を提供する。
4個のシリンダ276は、実質的に正方形の頂点位置にそれぞれ配置される。
腕先ツール14によって係合するワークピース16の重量を測定するために、下側棚278が、マウントアダプタ224に隣接して取り付けられている。
下側棚278は、段付き内径280と、段付き内径280から延びる窪んだキー溝282と、を有した実質的に円筒状リングを提供する。
実質的に円筒状のディスクのような隔膜284は、下側棚278の段付き内径280の中に取り付けられる。
マウントアダプタ272のシリンダ276は、隔膜284にポジティブストップ(positive stop)を提供することで、隔膜284に生じうる撓みを制限する。
力センサ232は、隔膜284に載置され隔膜284の撓みを監視するために利用される歪みゲージ287を含む。
歪みゲージ287は、電線(図示せず)を介して電気コンセント(図示せず)に電気信号(すなわち、上記において力信号32aと表記される)を送り、ワークピース16により印加された荷重値又は力を示す。
キー溝282は、歪みゲージから電気コンセントまでのアクセスを電線に提供する。
プランジャ286は、実質的に円筒状のセル体226に設けられた実質的に円筒状の凹部290の中に配置されている。
セル体226は、セル体226を貫通して延在する4つの開口292を有する。開口292は、下側棚278に設けられた開口293と、マウントアダプタ224の開口274に対応する。
従来の留め具(図示せず)は、セル体226の開口292、下側棚278の開口293、及びマウントアダプタ224の開口274を通って延び、セル体226を下側棚278及びマウントアダプタ224に接続する。
プランジャ286は、セル体226の円筒状凹部290内で自由に摺動することができ、これによりプランジャ286は、隔膜284を係合でき、かつワークピース16によって印加される荷重又は力に対応する量で隔膜284を撓曲させる。
電線(図示せず)は、力センサ232の歪みゲージ287から電気コンセント(図示せず)まで通じ、装置210へ印加される力を示す信号を図示しない中央コンピュータプロセッサ(上述及び図1において中央処理装置35と表記される)に提供する。
電線(図示せず)は、加速度計228から電気コンセント(図示せず)まで通じ、ワークピース16の加速度を示す信号(上記において加速度信号28aと表記される)を中央コンピュータプロセッサに提供する。
上述するように、プロセッサは加速値及び荷重値を受信して、ワークピース16の重量を算出する。
ローカルプロセッサは、加速度計228及び(複数の歪みゲージ232を有する)力センサ232に電気的に接続され、加速度計228から受信した信号(すなわち加速度信号28a)及び力センサ232から受信した信号(すなわち力信号32a)に基づいて局所的質量値を算出する。
ローカルプロセッサは、電気コンセント(図示せず)と電気的に通信し、装置210で決定した局所的質量を示す信号(すなわち局所的質量信号34a)を中央処理装置35へ送信する。
例えば、ワークピースの数又は中身の量は、比較する質量を利用できる任意の容器によって決定できる。
Claims (15)
- ワークピースを検出するための装置であって、
外側リング、内側ディスク、及び前記外側リングと前記内側ディスクの間に延在して印加された力に応答して撓曲する可撓性凹部を持つ隔膜と、前記外側リングに留め具を用いて接続される中空ハウジングと、を含む本体と、
前記内側ディスクに留め具を用いて接続されて前記本体に隣接して配置されるマウントアダプタであって、前記本体と昇降具との間に配置されて前記本体と前記マウントアダプタとを介してマニピュレータを前記昇降具へ接続する前記マウントアダプタと、
前記本体に連結され、前記本体の局所的加速度を測定して前記局所的加速度を示す局所的加速度信号を送信する加速度計と、
前記隔膜に連結され、前記昇降具により前記本体へ印加される局所的力を測定して、前記局所的力を示す局所的力信号を送信する力センサと、
を備えることを特徴とする装置。 - 前記本体に連結され、前記加速度計及び前記力センサに電気的に接続されて前記局所的加速度信号及び前記局所的力信号をそれぞれ受信するローカルプロセッサを更に備え、
前記ローカルプロセッサは、前記局所的加速度信号及び前記局所的力信号に基づいて局所的質量値を決定して、前記局所的質量値を示す局所的質量信号を送信することを特徴とする請求項1に記載の装置。 - 前記局所的質量値は、前記昇降具により持ち上げられる1個以上のワークピースの局所的質量の代理値であることを特徴とする請求項2に記載の装置。
- 前記力センサは単一方向における力を測定し、前記加速度計は実質的に前記単一方向における加速度を測定することを特徴とする請求項2又は3に記載の装置。
- 前記加速度計は、3軸加速度計又は1軸加速度計のいずれかであることを特徴とする請求項2〜4の何れか一項に記載の装置。
- 前記力センサは、ロードセルであることを特徴とする請求項2〜5の何れか一項に記載の装置。
- 前記加速度計及び前記力センサは、それぞれ前記加速度と前記力とを同時に測定することを特徴とする請求項2〜6の何れか一項に記載の装置。
- 前記装置は、前記昇降具を前記マニピュレータへ取り付けるための継手として構成され、
前記装置の前記本体は前記マニピュレータに着脱可能に接続し、前記装置の前記マウントアダプタは前記昇降具に着脱可能に接続することを特徴とする請求項2〜7の何れか一項に記載の装置。 - 前記本体は、前記力センサを介して前記マニピュレータに接続されるか、前記力センサを介して前記昇降具に接続されるかの少なくともいずれかであることを特徴とする請求項2〜8の何れか一項に記載の装置。
- 複数の昇降具を有するマニピュレータにより持ち上げられる1個以上のワークピースを評価するためのワークピース評価システムであって、
請求項2〜9の何れか一項に記載の前記装置を複数備え、
前記装置からの信号に基づいて総質量値を決定して、前記総質量値に基づく出力信号を送信する中央プロセッサを更に備えることを特徴とするワークピース評価システム。 - 前記装置の各々が、前記本体に連結されたローカルプロセッサを備え、
前記ローカルプロセッサは、前記加速度計及び前記力センサに電気的に接続されて前記局所的加速度信号及び前記局所的力信号をそれぞれ受信し、前記加速度計により測定された前記局所的加速度が閾値以上の場合にのみ前記局所的加速度信号及び前記局所的力信号に基づいて局所的質量値を決定して、前記局所的質量値を示す局所的質量信号を送信し、
前記中央プロセッサは、前記装置から前記局所的質量信号を受信して、前記局所的質量値から総質量値を決定する、ことを特徴とする請求項10に記載のワークピース評価システム。 - 前記総質量値は、前記複数の昇降具により現在持ち上げられる1個以上のワークピースの総質量の代理値であることを特徴とする請求項10又は11に記載のワークピース評価システム。
- 前記中央プロセッサは、前記総質量値と目標値とを比較して前記複数の昇降具が複数のワークピースを現在持ち上げているか否かを判断し、前記出力信号はこの判断結果を示すことを特徴とする請求項10〜12の何れか一項に記載のワークピース評価システム。
- 請求項10〜13の何れか一項に記載の前記ワークピース評価システムと、
前記マニピュレータと、
前記複数の昇降具と、
前記中央プロセッサに電気的に接続されて前記出力信号を受信し、前記出力信号に基づいて前記マニピュレータ及び前記複数の昇降具の運転を制御するコントローラと、
を備え、
複数の前記装置の各々は、前記マニピュレータと前記複数の昇降具の1個に連結される製造システム。 - 請求項14に記載の製造システムによって実行されるワークピースの処理方法であって、
前記装置毎に、前記マニピュレータが1個以上のワークピースを移動する間に、前記加速度計で前記局所的加速度を測定すると同時に前記力センサで前記局所的力を測定し、
前記装置毎に、前記局所的加速度と前記局所的力に基づいて前記局所的質量値を決定し、
前記装置毎の前記局所的質量値を合計して前記総質量値を決定し、
前記総質量値と目標値とを比較して複数のワークピースを現在持ち上げられているか否かを判断し、
複数のワークピースを現在持ち上げられていると判断した場合に、現在持ち上げられている前記ワークピースを拒絶する、ことを特徴とする処理方法。
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