JP6626165B2 - 工作機械およびワークを着脱するロボットを備える加工システム - Google Patents

Description

本発明は、工作機械およびワークを着脱するロボットを備える加工システムに関する。

近年においては、工作機械にワークを取り付けたり取り外したりするためのロボットを備える加工システムが使用されている。この加工システムでは、ロボットが工作機械にワークを搬入して、工作機械がワークを加工する。工作機械がワークを加工した後には、ロボットがワークを工作機械から搬出する。

特開昭６１−１２５７５２号公報には、工作機械のチャック装置に内蔵された油圧シリンダまたは回転シリンダにてアクチュエータを作動させることが開示されている。そして、アクチュエータが作動することにより、複数のライナを動かして被加工物をチャック装置に自動的に着脱することが開示されている。

特開昭６１−１２５７５２号公報

ロボットを用いてワークを取り付けたり取り外したりする場合に、工作機械にワークを固定する固定装置も制御装置にて制御することで、人手を介さずに自動運転するシステムを構築することができるが、従来の技術の加工システムにおいては、ワークを工作機械に固定するための固定装置は、油圧または空気圧にて駆動されていた。

油圧式または空気圧式の固定装置では、爪部を駆動するピストンが配置され、ピストンが油圧または空気圧により駆動される。ところが、油圧式または空気圧式の固定装置では、ピストンの位置を微調整することはせずにワークを保持したり解放したりするために時間がかかっていた。たとえば、油圧式または空気圧式の固定装置では、ワークを取り付けるときにワークを保持する爪部を最も大きく開いた状態にしていた。爪部が駆動している期間中にはロボットが停止しているために、ロボットは、ワークを搬入するための待ち時間を要していた。

本発明の加工システムは、ワークを固定する固定装置を含む工作機械と、加工前のワークを固定装置に取り付けるとともに、加工後のワークを固定装置から取り外すロボットと、ロボットのアームの先端に取り付けられたハンドと、工作機械、ロボットおよびハンドを制御する制御装置と、ロボットの位置および姿勢を検出する検出器とを備える。固定装置は、ワークを保持する複数の移動保持部材と、移動保持部材を移動させる保持部材駆動モータとを含み、移動保持部材が移動することによりワークを保持または解放する。移動保持部材は、ワークを加工する領域以外の領域を押圧する第１の移動保持部材と、ワークを加工する領域を押圧する第２の移動保持部材とを含む。第２の移動保持部材が押圧する領域を工作機械にて加工する場合に、制御装置は、ワークの加工期間中に第２の移動保持部材をワークから退避した状態にした後に、第２の移動保持部材が押圧する領域を加工するように工作機械を制御する。ワークは、ハンドに把持された状態で固定装置に固定されるときに、移動保持部材に押圧されることにより移動する。制御装置は、ワークの移動に追従するようにロボットの位置および姿勢を変更し、ロボットの位置および姿勢に基づいてハンドの位置を算出し、ワークが固定装置に保持される前と後のハンドの位置に基づいて、ロボットが追従したときのワークの移動量を算出し、ワークの移動量に基づいて、加工を行う時のワークに対する工具の相対位置を補正し、補正後の相対位置にてワークの加工を行うように工作機械を制御する。

上記発明においては、ハンドは、ワークを把持する把持部材と、把持部材を駆動する把持部材駆動モータとを含むことができる。

上記発明においては、制御装置は、ロボットを制御するロボット制御装置と、工作機械の移動軸の駆動モータを制御する工作機械制御装置とを含み、固定装置は、ロボット制御装置に制御されることができる。

上記発明においては、固定装置は、移動保持部材の位置を検出する検出器を含み、制御装置は、移動保持部材にてワークを保持した時の移動保持部材の位置に基づいて、ワークの保持される部分の寸法を算出することができる。

上記発明においては、ハンドは、把持部材の駆動状態を検出する検出器を含み、制御装置は、把持部材にてワークを把持した時の把持部材の駆動状態に基づいて、ワークの把持部材にて把持される部分の寸法を算出することができる。

上記発明においては、制御装置は、算出されたワークの寸法に基づいて、加工を行う時のワークに対する工具の相対位置を補正し、補正後の相対位置にてワークの加工を行うように工作機械を制御することができる。

上記発明においては、固定装置は、複数の移動保持部材を個別に駆動する複数の保持部材駆動モータを含み、制御装置は、複数の保持部材駆動モータを同期して駆動することにより、固定装置におけるワークの位置を変更することができる。

本発明によれば、工作機械と工作機械にワークを着脱するロボットとを備え、ワークの取り付けおよび取り外しを短時間に行うことができる加工システムを提供することができる。

実施の形態における第１の固定装置を備える加工システムの概略斜視図である。 実施の形態における加工システムのブロック図である。 実施の形態における第１の固定装置を備える加工システムの他の概略斜視図である。 第１の固定装置にワークを固定したときの拡大平面図である。 実施の形態における加工システムの制御を説明するフローチャートである。 図５のフローチャートに続くフローチャートである。 第１の固定装置にワークを固定するときのワークの移動を説明する概略正面図である。 実施の形態における第２の固定装置の概略斜視図である。 実施の形態における第２の固定装置の他の概略斜視図である。 実施の形態における第３の固定装置の概略斜視図である。 第３の固定装置を用いて加工するワークの斜視図である。 第３の固定装置を用いて加工するワークの正面図である。 第３の固定装置にてワークを固定した時の第１の状態を示す概略正面図である。 第３の固定装置にてワークを固定した時の第２の状態を示す概略正面図である。

図１から図１４を参照して、実施の形態における加工システムについて説明する。本実施の形態における加工システムは、所定の工具にてワークを加工する工作機械と、工作機械にワークを着脱するロボットとを備える。

図１に、本実施の形態における加工システムの概略斜視図を示す。本実施の形態の加工システム１００は、工作機械にて加工するワーク９をロボット２にて交換する。本実施の形態の工作機械は、数値制御式である。すなわち、工作機械は、予め作成された加工プログラムに基づいて自動的にワーク９を加工することができる。本実施の形態における工作機械は、テーブル１１に固定された第１の固定装置４を備える。ワーク９は、固定装置４を介してテーブル１１に固定される。

加工システム１００は、加工前のワーク９を固定装置４に取り付けたり、加工後のワーク９を固定装置４から取り外したりするロボット２を備える。加工システム１００は、ロボット２のアーム２１の先端に取り付けられたハンド３を備える。ハンド３は、アーム２１の手首部２２に固定されている。本実施の形態におけるロボット２は、多関節ロボットである。本実施の形態の多関節ロボットは、アーム２１の手首部２２の位置および姿勢を自由に変化させることができる。本実施の形態におけるロボット２は、ワーク９を所定の位置および姿勢に配置することができる。

固定装置４は、テーブル１１に固定される枠体４１を備える。本実施の形態の枠体４１は、箱型に形成されている。枠体４１は、内部に空洞を有する。固定装置４は、ワーク９を保持する複数の保持部材を備える。保持部材は、枠体４１に固定され、枠体４１に対して不動の固定保持部材４７と、枠体４１に対して移動する移動保持部材４２とを含む。本実施の形態のワーク９は、平面形状が四角形になるように形成されている。

移動保持部材４２は、固定保持部材４７と共にワーク９を挟むことができる位置に配置されている。本実施の形態では、ワーク９の一つの方向において、２つの固定保持部材４７と一つの移動保持部材４２とがワーク９を挟む。また、ワーク９の一つの方向に垂直な方向において、一つの固定保持部材４７と一つの移動保持部材４２とがワーク９を挟む。

固定装置４は、移動保持部材４２を移動させる保持部材駆動モータとしての第１駆動モータ４３を含む。移動保持部材４２には、ガイド部４６が形成されている。ガイド部４６は、枠体４１に形成された溝部に挿入されている。溝部は、移動保持部材４２の移動方向に延びている。移動保持部材４２は、この溝部に沿って移動する。本実施の形態における移動保持部材４２は、ラックアンドピニオン機構により駆動される。第１駆動モータ４３の回転力は、減速機４５にて増幅される。第１駆動モータ４３が駆動することにより、移動保持部材４２は、矢印１０１に示すようにワーク９に向かう方向およびワークから離れる方向に移動する。

ハンド３は、ハンド本体３１と、ワークを把持する把持部材としての爪部３２とを含む。ハンド本体３１は、把持部材を駆動する把持部材駆動モータとしての第２駆動モータを含む。ハンド駆動モータが駆動することにより、爪部３２が開閉する。図１に示す例では、ハンド３は、爪部３２が開くことによりワーク９を把持し、爪部３２を閉じることによりワーク９を解放することができる。本実施の形態のワーク９は、平面形状が略円形の穴部９１を含む。穴部９１は、爪部３２により把持される部分に相当する。爪部３２がワーク９の穴部９１の内面に係合することによりワーク９が把持される。なお、ハンドは、この形態に限られず、任意の形態でワークを把持したり解放したりすることができる。

図２に、本実施の形態における加工システムのブロック図を示す。図１および図２を参照して、本実施の形態における加工システム１００は、工作機械１、ロボット２およびハンド３を制御する制御装置を備える。本実施の形態の制御装置は、工作機械１を制御する工作機械制御装置７と、ロボット２およびハンド３を制御するロボット制御装置６を含む。工作機械制御装置７とロボット制御装置６とは、通信線１５を含む通信装置により互いに接続されている。通信装置は、例えばイーサネット（登録商標）にて通信を実施することができる。

工作機械制御装置７は、動作制御部７１と記憶部７３とを含む。動作制御部７１は、工作機械１のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸等の各移動軸に対して取り付けられた駆動モータ１２を制御する。工作機械１において、移動軸の駆動モータ１２が駆動することにより、テーブル１１に対する工具の相対位置が変化する。すなわち、工作機械１は、ワーク９に対する工具の相対位置を変更しながらワーク９の加工を行うことができる。記憶部７３は、ワーク９を加工するための加工プログラム等を記憶する。

ロボット制御装置６は、動作制御部６１と記憶部６３とを含む。動作制御部６１は、ロボット２のアーム駆動モータ２３を制御する。アーム駆動モータ２３が駆動することにより、ロボット２の位置および姿勢が変化する。また、動作制御部６１は、ハンド３の爪部３２を駆動する第２駆動モータ３３を制御する。動作制御部６１は、第２駆動モータ３３を制御することによりハンド３の爪部３２の開く角度を調整する。

更に、本実施の形態におけるロボット制御装置６は、固定装置４を制御する。動作制御部６１は、固定装置４の第１駆動モータ４３を制御する。動作制御部６１は、移動保持部材４２の位置を制御する。記憶部６３は、ロボットを動作させる動作プログラム、検出器にて検出された情報、および算出した情報等を記憶する。

ロボット制御装置６は、位置検出部６２を含む。固定装置４は、保持部材の位置を検出する検出器を含む。本実施の形態における固定装置４は、第１駆動モータ４３の回転角を検出する回転角検出器４４を含む。本実施の形態では、第１駆動モータ４３の端部に回転角検出器４４が配置されている。回転角検出器は、エンコーダ等により構成することができる。回転角検出器４４の出力により、第１駆動モータ４３の回転角を検出することができる。位置検出部６２は、検出した回転角に基づいて、移動保持部材４２の位置を検出することができる。移動保持部材４２の位置としては、例えば、工作機械の所定の座標系において、移動保持部材４２の所定の点の座標値を例示することができる。

ロボット２は、ロボット２の位置および姿勢を検出する検出器を含む。本実施の形態におけるロボット２は、アーム駆動モータ２３の回転角を検出する回転角検出器２４を含む。回転角検出器２４の出力により、アーム駆動モータ２３の回転角を検出することができる。ロボット制御装置６の位置検出部６２は、検出した回転角に基づいて、ロボット２の位置および姿勢を検出することができる。または、位置検出部６２は、ロボット２の位置および姿勢に基づいて、ハンド３の位置および姿勢を算出することができる。

ハンド３は、把持部材としての爪部３２の駆動状態を検出する検出器を含む。本実施の形態におけるハンド３は、第２駆動モータ３３の回転角を検出する回転角検出器３４を含む。ロボット制御装置６の位置検出部６２は、回転角検出器３４の出力により、爪部３２の駆動状態、すなわち爪部３２の開き角度を検出することができる。

図１は、ワークを固定装置に配置する前の状態を示している。移動保持部材４２は、ワーク９に接触しないようにワーク９が配置される領域から離れた位置に配置される。この状態で、ロボット２は、矢印１１０に示すように、移動保持部材４２および固定保持部材４７に囲まれる領域にワーク９を配置する。ロボット２は、ワーク９が枠体４１の取付け面４１ａに接触するようにワーク９を配置する。

図３に、本実施の形態の第１の固定装置にワークを固定したときの概略斜視図を示す。ロボット２が枠体４１の取付け面４１ａにワーク９を配置した後に、矢印１０３に示すように、複数の移動保持部材４２がワーク９に向かって移動する。

ワーク９は、固定装置４に保持されるときに、ハンド３に把持された状態で移動保持部材４２に押圧されることにより移動する。本実施の形態におけるロボット制御装置６は、ワーク９の移動に追従するように、ロボット２の位置および姿勢を変更する機能を有する。ロボット制御装置６は、アーム駆動モータ２３に供給される電流および回転角検出器２４により出力されるロボット２の位置および姿勢等に基づいて、ロボット２に加わる外力の大きさおよび外力の方向を検出する。動作制御部６１は、外力が加わる方向にロボット２の位置および姿勢を変えるように、アーム駆動モータ２３を駆動する。ロボット制御装置６は、移動保持部材４２にてワークを押圧する時に、この機能を有効にすることができる。この制御により、移動保持部材４２にてワークを押圧すると共に、ワーク９を固定保持部材４７に密着させることができる。

複数の移動保持部材４２がワーク９に向かって移動することにより、ワーク９は複数の方向において、移動保持部材４２および固定保持部材４７に保持される。そして、ワーク９を保持している期間中には、第１駆動モータ４３に連続的に電流が供給される。このため、ワーク９を保持している期間中には、移動保持部材４２にワーク９に向かう側に移動する力が付与される。

固定装置４がワーク９を固定した後にロボット２は退避する。ハンド３は、第２駆動モータ３３が駆動することにより、爪部３２を閉じる。爪部３２の係合が解除される。次に、矢印１０２に示すように、ロボット２のアーム２１がワーク９から離れる向きに移動することにより、ハンド３がワーク９から離れる。

このように、ロボット２は、固定装置４に加工前のワーク９を取り付けることができる。次に、工作機械１は、ワーク９の加工を行う。ワーク９の加工が完了した後には、ロボット２は、加工後のワーク９を固定装置４から取り外す。この時には、ワーク９を取り付ける手順と逆の手順にて、ワーク９を固定装置４から取り外すことができる。

すなわち、工作機械制御装置７は、テーブル１１を移動して固定装置４を予め定められた位置に配置する。次に、ロボット制御装置６は、ハンド３の爪部３２を閉じた状態にする。ロボット制御装置６は、ロボット２を駆動することによりワーク９の穴部９１に爪部３２を挿入する。次に、ロボット制御装置６は、ハンド３の爪部３２を開いて、ハンド３にてワーク９を把持する。次に、ロボット制御装置６は、複数の移動保持部材４２をワーク９から離れる向きに移動させて、ワーク９の保持を解除する。ワーク９は、ロボット２に把持された状態にて、固定装置４によるワーク９の固定を解除することができる。この後に、ロボット２が駆動してワーク９を固定装置４から離す。そして、ロボット２は、加工後のワーク９を配置する場所までワーク９を搬送する。

本実施の形態における固定装置４は、第１駆動モータ４３により、移動保持部材４２を移動することができる。油圧式または空気圧式の固定装置では、保持部材の移動距離を調整することはされないが、本実施の形態における固定装置は、保持部材の位置を任意の位置に制御することができる。ワークを固定装置に取り付けたり取り外したりするときに、固定装置は、保持部材の移動距離を最小限にすることができる。例えば、予め定められたワークの寸法に応じて、保持部材の最小限の移動距離を定めることができる。このために、ワークを取り付けたり取り外したりする時間を短くすることができる。この結果、ワークを加工する加工時間の短縮を図ることができる。

本実施の形態の固定装置４は、工作機械１のテーブル１１に固定されているが、ロボット制御装置６により制御されている。この構成を採用することにより、工作機械制御装置７とロボット制御装置６との通信に必要な時間を削減することができる。ワーク９を固定装置４に取り付けたり取り外したりする時間を短くすることができる。たとえば、ロボット制御装置６は、ワーク９を固定装置４の所定の位置に配置したことを工作機械制御装置７に送信する必要がなく、ロボット２や工作機械１の待ち時間を少なくすることができる。

なお、固定装置は、工作機械制御装置により制御されていても構わない。または、固定装置を制御する制御装置を独立した制御装置により構成し、ロボット制御装置および工作機械制御装置と通信するように形成することができる。

本実施の形態における固定装置においては、移動保持部材を任意の位置に配置することができるために、形状が異なるワークを加工することができる。すなわち、固定装置は、複数の種類のワークを固定することができる。例えば、固定装置は、大きさが異なるワークを加工することができる。または、固定装置は、保持部材にて固定可能な任意の形状のワークを固定することができる。例えば、固定装置は、平面形状の縦の寸法と横の寸法とが異なるワークを固定することができる。

さらに、本実施の形態の固定装置は、保持部材がワークを押圧する力を調整することができる。本実施の形態において、ロボット制御装置６の動作制御部６１は、第１駆動モータ４３に供給する電流を調整する。第１駆動モータ４３に供給する電流を大きくすることにより、ワーク９を固定する力を大きくすることができる。第１駆動モータ４３に供給する電流は、工作機械制御装置７から受信した信号に基づいて調整するようにロボット２の動作プログラムに予め定めておくことができる。

例えば、工作機械１にてワークを加工するときに、切削量が多い重切削を行うときにはワーク９に対して大きな力が加わる。動作制御部６１は、第１駆動モータ４３に供給する電流を大きくすることにより、ワーク９を強く固定して、安定した加工を行うことができる。一方で、ワーク９の表面を仕上げる仕上げ加工等においては、大きな力でワーク９を固定するとワーク９が変形する場合がある。ワーク９が変形すると加工精度が悪化する。仕上げ加工時には、切り込み量が小さくなるために、ワーク９を保持する力を小さくすることができる。このために、仕上げ加工の時には、動作制御部６１は、第１駆動モータ４３に供給する電流を小さくすることができる。ワーク９を固定する力を小さくすることにより、ワーク９の加工精度の悪化を抑制することができる。

ところで、固定装置４の第１駆動モータ４３には回転角検出器４４が取り付けられている。回転角検出器４４により移動保持部材４２の位置を検出することができる。本実施の形態のロボット制御装置６は、保持部材にてワーク９を保持した時の保持部材の位置に基づいて、ワーク９の保持部材にて保持される部分の寸法を算出する。本実施の形態では、ロボット制御装置６は、移動保持部材４２の位置に基づいてワーク９の保持される部分の寸法を算出する。

また、ハンド３は、第２駆動モータ３３の駆動状態を検出する回転角検出器３４を含む。回転角検出器３４にて検出される回転角に基づいて、爪部３２の位置、すなわち爪部３２の開き角度を算出することができる。ロボット制御装置６は、爪部３２にてワーク９を把持した時の爪部３２の位置に基づいて、ワーク９の爪部３２にて把持される部分の寸法を算出する。例えば、ワーク９の穴部９１の内径が大きい時には、爪部３２は大きく開いた状態になる。一方で、穴部９１の内径が小さい場合には、爪部３２は小さく開いた状態になる。このように、爪部３２の開き度合いを検出することにより、穴部９１の内径を算出することができる。また、ロボット制御装置６は、ロボット２の回転角検出器２４の出力によりロボット２の位置および姿勢を検出することができる。

そして、工作機械制御装置７は、ワーク９の固定装置４にて保持される部分の寸法、ワーク９のハンド３にて把持される部分の寸法、およびハンド３の位置および姿勢に基づいて、工作機械１にてワーク９を加工するときのワーク９に対する工具の相対位置を補正する。そして、工作機械１は、補正後の相対位置にてワーク９を加工する。

図４に、本実施の形態の第１の固定装置にてワークを固定したときのワークの拡大正面図を示す。図４には、工作機械の所定の不動点を原点にする機械座標系のＸ方向およびＹ方向が設定されている。２つの移動保持部材４２は、第１駆動モータ４３により矢印１０３に示す様にワーク９を押圧している。ワーク９には、寸法の誤差が含まれる。

図４に示す例では、ワーク９の穴部９１の端部に切削部９３を形成する。切削部９３を含む領域９４が画定される。切削部９３には、後の工程において他の部品が挿入される。この加工では、Ｘ方向において、領域９４がワーク９の幅方向のほぼ中央に配置されるように切削部９３を形成する。領域９４には、点対称の基準点９５が設定される。この例では、基準点９５は、穴部９１の中心点９２からＸ方向にずれているが、このずれはあっても良いとされている。Ｙ方向においては、切削部９３の頂部と領域９４の内部における穴部９１の頂部との距離ＨＡが予め定められた値になるように切削部９３を形成する。

図５に、本実施の形態の切削加工を行うときのロボットシステムの制御のフローチャートを示す。図２、図４および図５を参照して、ステップ１２１において、ハンド３は加工前のワーク９を把持する。ステップ１２２において第２駆動モータ３３の位置情報（回転角）からワーク９のハンド３に把持される部分の寸法Ｘ１を算出する。ロボット制御装置６は、爪部３２の開き角度に基づいて把持される部分の寸法Ｘ１を算出する。穴部９１の直径Ｄが寸法Ｘ１に相当する。

次に、ステップ１２３においては、ロボット制御装置６は、寸法Ｘ１が許容範囲内であるか否かを判別する。ロボット制御装置６は、判定部６４を含み、判定部６４が判定を行う。すなわち、判定部６４は、穴部９１の直径Ｄが大きすぎたり小さすぎたりしていないか否かを判定する。この時の許容範囲は、予め定められている。ステップ１２３において、寸法Ｘ１が許容範囲から逸脱している場合には、ステップ１３８に移行する。

ステップ１３８において、ロボット制御装置６は、ワーク９の形状が不良であると判断する。そして、ステップ１３９において、ロボット制御装置６は、ワーク９の払い出しを行う。例えば、ロボット制御装置６は、ハンド３によるワーク９の把持を解除する。そして、ロボット制御装置６は、ワーク９を不良の保管場所に搬送するようにロボット２を制御する。ステップ１２３において、寸法Ｘ１が許容範囲内である場合には、ステップ１２４に移行する。

ステップ１２４において、ロボット２は、ワーク９を固定装置４の取付け面４１ａに配置する。ステップ１２５においては、固定装置４は、移動保持部材４２を移動してワーク９を保持する。

次に、ステップ１２６において、ロボット制御装置６は、第１駆動モータ４３の位置情報（回転角）に基づいて、ワーク９が保持部材に保持される部分の寸法Ｘ２を算出する。本実施の形態において、ロボット制御装置６は、回転角検出器４４の出力に基づいて、移動保持部材４２の位置を検出する。そして、移動保持部材４２の位置および固定保持部材４７の位置に基づいて、寸法Ｘ２としてワーク９の幅Ｗを算出する。

次に、ステップ１２７において、ロボット制御装置６は、ロボット２の回転角検出器２４にて検出されたロボット２の位置および姿勢に基づいて、ハンド３の位置および姿勢を検出する。そして、ロボット制御装置６は、ハンド３の位置および姿勢に基づいて、穴部９１の中心点９２の位置を算出することができる。

次に、ステップ１２８においては、ワーク９のロボット２により把持される部分と固定装置４に固定される部分との位置の差Ｘ３を算出する。本実施の形態のロボット制御装置６は、位置の差Ｘ３として、Ｘ方向において中心点９２と固定保持部材４７に保持されている面までの距離ＤＸを算出する。また、ロボット制御装置６は、位置の差Ｘ３として、Ｙ方向において中心点９２と固定保持部材４７に保持されている面までの距離ＤＹを算出する。

ステップ１２９においては、ロボット制御装置６の判定部６４は、寸法Ｘ２および位置の差Ｘ３がそれぞれの許容範囲内であるか否かを判別する。これらの許容範囲は、予め定められている。寸法Ｘ２および位置の差Ｘ３の少なくとも一方が許容範囲から外れている場合には、ステップ１３８に移行する。そして、ワーク９の形状が不良であると判断され、ステップ１３９においてワーク９は払い出される。このように、ワーク９の形状の不良を加工前に確認することができる。

ステップ１２９において、寸法Ｘ２および位置の差Ｘ３がそれぞれの許容範囲内である場合には、ステップ１３０に移行する。ステップ１３０においては、ハンド３がワーク９を解放する。そして、ステップ１３１においては、ロボット２がワーク９から退避する。ロボット制御装置６は、固定装置４によるワーク９の固定が完了した信号を工作機械制御装置７に送出する。

図６に、本実施の形態の加工システムの制御を説明する他のフローチャートを示す。図６のフローチャートは、図５のフローチャートから継続している。ワーク９の寸法Ｘ１，Ｘ２または位置の差Ｘ３が許容範囲から外れているために、図５のステップ１３９においてワーク９を払い出した後には、ステップ１３７に移行する。そして、ステップ１３７において、判定部６４は、加工前のワークが残っているか否かを判別する。ステップ１３７において、加工前のワークがある場合には、図５のステップ１２１に戻り、ワーク９の加工を繰り返す。

図５のステップ１３１においてロボット２の退避が完了すると、図６のステップ１３２に移行する。ステップ１３２においては、寸法Ｘ１，Ｘ２および位置の差Ｘ３に基づいて、工作機械にて加工するときの位置の補正量を算出する。ロボット制御装置６は、実際に算出された寸法Ｘ１，Ｘ２および位置の差Ｘ３を工作機械制御装置７に送出する。工作機械制御装置７は補正部７２を備える。補正部７２は、寸法Ｘ１，Ｘ２および位置の差Ｘ３に基づいて、ワーク９に対する工具の相対位置を補正する。

図４には、所望の位置に切削部９３が形成された時の領域９４の基準点９５が示されている。基準点９５のＸ方向の位置は、ワーク９の幅Ｗの中点に設定する。領域９４のＹ方向の長さＨＬ、すなわち、切削部９３のＹ方向の長さは、穴部の直径Ｄと予め定められた長さＨＡに基づいて設定することができる。なお、領域９４の幅は、予め定められた長さを設定することができる。

それぞれの切削部９３を加工するときのワーク９に対する工具の相対位置、すなわち工具経路は、予め工作機械の加工プログラムにより設定されている。そして、工作機械制御装置７は、領域９４の基準点９５の位置および長さＨＬに基づいて、工具経路の補正量を算出する。本実施の形態では、補正部７２は、ワーク９に対する工具のＸ方向の位置の補正量およびワーク９に対する工具のＹ方向の位置の補正量を算出する。補正部７２は、補正量に基づいて補正後の工具経路を生成する。

次に、ステップ１３３において、工作機械１は、補正後の工具経路を用いてワーク９の加工を行う。ワーク９の個体差に基づいて工具経路を補正しているために、ワーク９の所望の位置に加工を行うことができる。すなわち、工作機械１は、ワーク９の形状誤差を補正して加工することができる。工作機械制御装置７は、ワーク９の加工が終了すると、加工が終了した信号をロボット制御装置６に送出する。

次に、ステップ１３４において、ロボット制御装置６は、ハンド３にて加工後のワーク９を把持するロボット２の位置および姿勢を算出する。ロボット制御装置６は、寸法Ｘ１，Ｘ２および位置の差Ｘ３に基づいて、加工後のワーク９の穴部９１の位置を算出することができる。例えば、穴部９１の中心点９２の位置を算出することができる。なお、ワーク９の把持を解放した時のロボットの位置および姿勢を記憶部６３に記憶しておいて、記憶された位置および姿勢に基づいて、加工後のワークを把持する時のロボットの位置および姿勢を設定しても構わない。この制御により、ロボット２は、ワーク９の形状の誤差を補正してワーク９を把持することができる。

また、ステップ１３４において、ロボット制御装置６は、寸法Ｘ１，Ｘ２および位置の差Ｘ３に基づいて、ワーク９の把持される部分の寸法を算出しても構わない。例えば、ロボット制御装置６は、加工後の穴部９１の寸法を算出しても構わない。そして、ロボット制御装置６は、ハンド３の爪部３２の開き角度を算出することができる。この制御により、ハンド３は確実に加工後のワーク９を把持することができる。

次に、ステップ１３５において、ロボット制御装置６は、ハンド３が加工後のワーク９を把持できるように、ロボット２の位置および姿勢を制御する。そして、ハンド３は、ワーク９を把持する。ステップ１３６において、ロボット２は加工後のワーク９を予め定められた場所に搬出する。

次に、ステップ１３７において、ロボット制御装置６は、加工前のワークが残っているか否かを判別する。ステップ１３７において、加工前のワークがある場合には、図５のステップ１２１に戻り、ワーク９の加工を繰り返す。このように、本実施の形態の加工システム１００は、ワーク９の加工を繰り返すことができる。複数のワークを自動的に加工することができる。

上記の実施の形態においては、寸法Ｘ１，Ｘ２および位置の差Ｘ３に基づいて、ワーク９の形状の判定、工作機械の工具経路の補正、およびワーク９を取り外す時のロボット２の位置および姿勢の補正を行っているが、この形態に限られず、寸法Ｘ１，Ｘ２および位置の差Ｘ３の一部を用いて判定や補正を行っても構わない。

ところで、図４を参照して、上記の実施の形態では、ロボット制御装置６は、移動保持部材４２の位置に基づいて、ワーク９が保持部材に保持される部分の寸法を算出している。特に、ロボット制御装置６は、ワーク９の幅Ｗを算出している。ワーク９の寸法の算出は、この形態に限られず、ワーク９を移動保持部材４２にて保持するときのワーク９の移動量に基づいて算出することができる。

図７に、固定装置にてワークを固定するときのワークの部分の概略平面図を示す。ワーク９を枠体４１の取付け面４１ａに配置する場合は、ロボット２は、移動保持部材４２と固定保持部材４７とに囲まれる領域の内部にワーク９を配置する。例えば、ワーク９は、位置９０ａに配置される。この場合に、ワーク９と移動保持部材４２との間およびワーク９と固定保持部材４７との間には、隙間が形成される。そして、ロボット制御装置６は、矢印１０３に示す様に移動保持部材４２を移動することにより、ワーク９を固定保持部材４７に密着させる。この時に、ロボット２は、前述のように外力に追従して駆動する。

ワーク９は、固定保持部材４７に密着した位置９０ｂに配置される。ワーク９の穴部９１の中心点９２ａは、矢印１０６に示す向きに移動する。そして、中心点は、穴部９１の中心点９２ｂにて示される位置まで移動する。

ロボット制御装置６は、ワーク９を取り付ける時のハンド３の位置情報に基づいて、穴部９１の中心点９２ａの位置および中心点９２ｂの位置を算出することができる。すなわち、ロボット制御装置６は、ワーク９が固定装置４に保持される前と後のハンド３の位置を算出することができる。そして、ロボット制御装置６は、矢印１０６に示す穴部９１の中心点９２の移動する向きおよび移動量を算出することができる。ここでの移動量は、Ｘ方向の移動量およびＹ方向の移動量を含む。

ワーク９の寸法の基準となる基準寸法および基準寸法のワークに対する穴部９１の中心点９２の基準移動量は予め定められている。そして、ロボット制御装置６は、この基準移動量と実際の移動量とに基づいて、ワーク９の寸法を補正することができる。例えば、ワーク９が基準寸法よりも大きい場合には、矢印１０６に示す移動量は小さくなる。これに対して、ワーク９が基準寸法よりも小さい場合には、矢印１０６に示す移動量が大きくなる。このため、ロボット制御装置６は、実際に検出した移動量に基づいて、ワーク９の所定の寸法を算出することができる。例えば、ロボット制御装置６は、移動量に基づいて固定保持部材４７から穴部９１の中心点９２までの距離を算出することができる。特に、Ｙ方向の移動量に基づいて穴部９１の中心点９２のＹ方向の位置を算出することができる。

このように、ロボット制御装置６は、ワーク９を保持するためにロボット２が追従した時のワーク９の移動量に基づいてワーク９の寸法を算出しても構わない。そして、工作機械制御装置７の補正部７２は、加工を行う時のワーク９に対する工具の相対位置を補正する。たとえば、補正部７２は、穴部９１の中心点９２のＹ方向の位置に基づいて、切削部９３を含む領域９４の基準点９５のＹ方向の位置を定めることができる。そして、補正部７２は、切削部９３を切削するためのワーク９に対する工具の相対位置を補正することができる。動作制御部７１は、補正後の相対位置にてワーク９を加工するように工作機械１を制御することができる。

図８に、本実施の形態における第２の固定装置の概略斜視図を示す。第２の固定装置５は、第１の固定装置４と同様に、ワーク９の側面を保持する移動保持部材４２および固定保持部材４７を備える。更に、第２の固定装置５は、ワーク９の上面を保持する移動保持部材５３を備える。移動保持部材５３は、一方の端部でワーク９を押圧する。枠体４１は、取付け面４１ａから突出する張出し部５４を含む。移動保持部材５３は、張出し部５４に回動可能に支持されている。

第２の固定装置５は、移動保持部材５３を駆動する第１駆動モータ４８を備える。第１駆動モータ４８は、枠体４１の側面から突出した張出し部５０に固定されている。第１駆動モータ４８には、第１駆動モータ４８の回転角を検出する回転角検出器４９が取り付けられている。第１駆動モータ４８は、ロボット制御装置６に制御されている。

第１駆動モータ４８の出力軸には、出力軸と共に回転する回転部材５１が固定されている。回転部材５１には、連結部材５２の一方の端部が連結されている。連結部材５２の他方の端部は、移動保持部材５３の他方の端部を押すように形成されている。

図９に、本実施の形態における第２の固定装置にてワークを固定したときの概略斜視図を示す。図８および図９を参照して、移動保持部材５３は、回転部材５１および連結部材５２を含む機構により、一方の端部が矢印１０７に示す方向に移動する。第１駆動モータ４８が駆動することにより、回転部材５１が回転する。回転部材５１が回転することにより、連結部材５２が移動する。そして、張出し部５４に支持された移動保持部材５３は、回動することによりワーク９の上面を押圧する。移動保持部材５３がワーク９を押圧することにより、ワーク９が保持される。そして、ワーク９を保持している期間中には、第１駆動モータ４８に電流が供給されて、移動保持部材５３は、矢印１０８に示すようにワーク９を押圧する。

ワーク９を加工するときに、保持部材がワークを押圧している部分を加工する場合がある。例えば、図９を参照して、移動保持部材５３がワーク９に接触している領域において、ワーク９を加工する場合がある。本実施の形態の第２の固定装置５においては、ワーク９を加工している期間中に、保持部材を移動することができる。複数の保持部材のうち一部の保持部材の保持を一時的に解除することができる。

たとえば、移動保持部材５３がワーク９に接触している領域に凹部を形成する場合に、ロボット制御装置６は、第１駆動モータ４８を駆動して移動保持部材５３をワーク９から離した状態にする。移動保持部材５３をワーク９から退避させることにより、工作機械１は、移動保持部材５３がワーク９に接触していた領域を加工することができる。工作機械による加工が終了した後には、ロボット制御装置６は、第１駆動モータ４８を駆動して移動保持部材５３にてワーク９を保持することができる。

このように、第２の固定装置を備える加工システムにおいては、ワーク９を加工している期間中に、移動保持部材５３を移動させることができる。移動保持部材にてワークを保持する領域を加工するために、ワークを固定する向きを変えたり、別の固定装置を使ったりする必要がなく、同一の固定装置にて連続的に加工することができる。この結果、ワークの加工時間を短くすることができる。また、第３の固定装置は、加工期間中にワークの保持方法を変更することができる。例えば、ワークの加工する部分に応じてワークを保持する部分を変更することができる。

ワークの加工期間中に移動する保持部材としては、ワークを上面から押圧する保持部材に限られず、任意の保持部材を移動させることができる。例えば、図９を参照して、加工を行っている期間中に、ワーク９の側面を保持している移動保持部材４２をワーク９から退避させても構わない。

なお、移動保持部材を退避して、退避した部分の加工を行った後に、加工した部分を移動保持部材にて押圧する場合がある。この場合に、ロボット制御装置の動作制御部は、前述の補正の制御により、ワークの加工を行った部分の寸法の補正を行うことができる。そして、動作制御部は、補正後のワークの寸法に応じて、移動保持部材を駆動することができる。

第２の固定装置を備える加工システムのその他の構成、作用、および効果は、第１の固定装置を備える加工システムと同様である。

図１０に、本実施の形態における第３の固定装置の概略斜視図を示す。本実施の形態における第３の固定装置８は、工作機械としての旋盤に配置される。第３の固定装置８は、ワーク１０を保持するチャック装置である。図１０は、第３の固定装置８に加工を行うワーク１０が取り付けられた状態を示している。なお、ワーク１０が、ロボットにより固定装置８に取り付けられたり、固定装置８から取り外されたりすることは、前述の工作機械と同様である。本実施の形態の旋盤では、回転軸９９の延びる方向にワーク１０を移動することにより、ワーク１０を固定装置８に取り付けたり取り外したりする。

固定装置８は、円板状に形成された基材８１を備える。旋盤は、回転軸９９にて基材８１を回転させる基材駆動モータを備える。基材駆動モータが駆動することにより、基材８１は、矢印１０９に示す方向に回転する。本実施の形態の旋盤では、加工期間中にワーク１０は位置を変えずに回転軸９９の周りに回転する。旋盤は、工具としてのバイトを備える。本実施の形態の旋盤は、バイトを予め定められた移動軸に沿って移動させる駆動モータを含む。移動軸の駆動モータが駆動することにより、基材８１に対する工具の相対位置が変化する。すなわち、移動軸の駆動モータが駆動することにより、ワーク１０に対する工具の相対位置が変化する。工作機械制御装置の動作制御部により各移動軸の駆動モータや基材駆動モータが制御されることは前述の工作機械と同様である。

固定装置８は、ワーク１０を保持するチャック爪としての移動保持部材８２を備える。固定装置８では、複数の移動保持部材８２が配置されている。移動保持部材８２は、基材８１に形成された溝であるガイド部８３に沿って移動する。移動保持部材８２は、矢印１０１に示すように、基材８１の径方向に移動する。ワーク１０は、介在部材８４に固定されている。介在部材８４は、移動保持部材８２に保持されている。すなわち、ワーク１０は、介在部材８４を介して移動保持部材８２に保持されている。

図１１に、第３の固定装置にて保持するワークの斜視図を示す。図１２に、第３の固定装置にて保持するワークの正面図を示す。図１１および図１２を参照して、ワーク１０は、所定の装置のカムシャフトである。ワーク１０は、棒状のシャフト９６と、断面形状が円形の円形カム９７とを含む。それぞれの円形カム９７は、シャフト９６の中心軸９８に対して偏心するように配置されている。

図１０を参照して、本実施の形態の第３の固定装置８は、移動保持部材８２を駆動する保持部材駆動モータとして第１駆動モータを含む。固定装置８は、複数の移動保持部材８２に対応する複数の第１駆動モータを含む。それぞれの第１駆動モータは、個別に移動保持部材８２を駆動する。また、それぞれの第１駆動モータは、ロボット制御装置６の動作制御部６１に個別に制御されている。すなわち、複数の第１駆動モータにより独立して移動保持部材８２の位置が制御される。

そして、制御装置は、複数の第１駆動モータを同期して駆動することにより、固定装置８におけるワーク１０の位置を変更できるように形成されている。固定装置８では、ワーク１０を加工している期間中に、基材８１に対する介在部材８４の相対位置、すなわち、基材８１に対するワーク１０の相対位置を変更する。複数の移動保持部材８２を同時に移動することにより、ワーク１０の位置が変更される。

図１３に、ワークを加工しているときの第１の状態を示す第３の固定装置およびワークの概略正面図を示す。図１３は、シャフト９６の表面を切削しているときの図である。基材８１の回転軸９９に対して、シャフト９６の中心軸９８が一致するように、ワーク１０が配置されている。第１の状態では、複数の移動保持部材８２は、基材８１の径方向における回転軸９９からの距離が同一になるように配置されている。ワーク１０は、シャフト９６の中心軸の周りに回転するために、シャフト９６の断面形状が円形になるように加工することができる。

図１４に、ワークを加工しているときの第２の状態を示す第３の固定装置およびワークの概略正面図を示す。シャフト９６の加工が完了したら、ロボット制御装置６の動作制御部６１は、複数の第１駆動モータを同期して駆動する。それぞれの移動保持部材８２が移動する。動作制御部６１は、複数の移動保持部材８２がワーク１０を保持した状態を維持しながら、ワーク１０を平行移動させるように、複数の第１駆動モータを制御する。

第２の状態においては、一つの円形カム９７の中心軸が、基材８１の回転軸９９と一致するように移動保持部材８２が配置されている。図１３に示す第１の状態よりも介在部材８４は図１４の上側に向かって移動している。

第２の状態においては、一つの円形カム９７の中心軸と、基材８１の回転軸９９とが一致する。このために、一つの円形カム９７の断面形状が円形になるように円形カム９７の表面の加工を行うことができる。

このように、第３の固定装置を備える加工システムにおいて、制御装置は、複数の保持部材駆動モータを同期して駆動することにより、固定装置におけるワークの位置を変更する。第３の固定装置を備える加工システムは、ワークを加工している期間中に、固定装置におけるワークの位置を変更することができる。第３の固定装置を用いることにより、中心軸が異なる複数の部分を加工する場合に、介在部材を取り換えたり、保持部材を異なる形状の保持部材に取り換えたりする必要はなく、連続して加工を行うことができる。この結果、ワークの加工時間を短くすることができる。

第３の固定装置を備える加工システムのその他の構成、作用、および効果は、第１の固定装置を備える加工システムおよび第２の固定装置を備える加工システムと同様である。

上述のそれぞれの制御においては、機能および作用が変更されない範囲において適宜ステップの順序を変更することができる。上記の実施の形態は、適宜組み合わせることができる。

上述のそれぞれの図において、同一または相等する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に示される実施の形態の変更が含まれている。

１ 工作機械
２ ロボット
３ ハンド
４，５，８ 固定装置
６ ロボット制御装置
７ 工作機械制御装置
９，１０ ワーク
１５ 通信線
２１ アーム
２３ アーム駆動モータ
２４ 回転角検出器
３２ 爪部
３３ 第２駆動モータ
３４ 回転角検出器
４１ 枠体
４１ａ 取付け面
４２ 移動保持部材
４３，４８ 第１駆動モータ
４４，４９ 回転角検出器
５３ 移動保持部材
６２ 位置検出部
６４ 判定部
７２ 補正部
８２ 移動保持部材
１００ 加工システム

Claims (7)

1. ワークを固定する固定装置を含む工作機械と、
   加工前のワークを前記固定装置に取り付けるとともに、加工後のワークを前記固定装置から取り外すロボットと、
   前記ロボットのアームの先端に取り付けられたハンドと、
   前記工作機械、前記ロボットおよび前記ハンドを制御する制御装置と、
   前記ロボットの位置および姿勢を検出する検出器とを備え、
   前記固定装置は、ワークを保持する複数の移動保持部材と、前記移動保持部材を移動させる保持部材駆動モータとを含み、前記移動保持部材が移動することによりワークを保持または解放し、
   前記移動保持部材は、ワークを加工する領域以外の領域を押圧する第１の移動保持部材と、ワークを加工する領域を押圧する第２の移動保持部材とを含み、
   第２の移動保持部材が押圧する領域を前記工作機械にて加工する場合に、前記制御装置は、ワークの加工期間中に第２の移動保持部材をワークから退避した状態にした後に、第２の移動保持部材が押圧する領域を加工するように前記工作機械を制御し、
   ワークは、前記ハンドに把持された状態で前記固定装置に固定されるときに、前記移動保持部材に押圧されることにより移動し、
   前記制御装置は、ワークの移動に追従するように前記ロボットの位置および姿勢を変更し、前記ロボットの位置および姿勢に基づいて前記ハンドの位置を算出し、ワークが前記固定装置に保持される前と後の前記ハンドの位置に基づいて、前記ロボットが追従したときのワークの移動量を算出し、ワークの移動量に基づいて、加工を行う時のワークに対する工具の相対位置を補正し、補正後の相対位置にてワークの加工を行うように前記工作機械を制御することを特徴とする、加工システム。
2. 前記ハンドは、ワークを把持する把持部材と、前記把持部材を駆動する把持部材駆動モータとを含む、請求項１に記載の加工システム。
3. 前記制御装置は、前記ロボットを制御するロボット制御装置と、前記工作機械の移動軸の駆動モータを制御する工作機械制御装置とを含み、
   前記固定装置は、前記ロボット制御装置に制御される、請求項１または２に記載の加工システム。
4. 前記固定装置は、前記移動保持部材の位置を検出する検出器を含み、
   前記制御装置は、前記移動保持部材にてワークを保持した時の前記移動保持部材の位置に基づいて、ワークの保持される部分の寸法を算出する、請求項１から３のいずれか一項に記載の加工システム。
5. 前記ハンドは、前記把持部材の駆動状態を検出する検出器を含み、
   前記制御装置は、前記把持部材にてワークを把持した時の前記把持部材の駆動状態に基づいて、ワークの前記把持部材にて把持される部分の寸法を算出する、請求項２に記載の加工システム。
6. 前記制御装置は、算出されたワークの寸法に基づいて、加工を行う時のワークに対する工具の相対位置を補正し、補正後の相対位置にてワークの加工を行うように前記工作機械を制御する、請求項４または５に記載の加工システム。
7. 前記固定装置は、複数の前記移動保持部材を個別に駆動する複数の保持部材駆動モータを含み、
   前記制御装置は、複数の保持部材駆動モータを同期して駆動することにより、前記固定装置におけるワークの位置を変更する、請求項１から６のいずれか一項に記載の加工システム。

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