(57)【要約】  レーザ測定器を使用したワーク自動搬送機のワーク把持確認装置であって、加工室内において把持装置が把持したワークを加工する加工機と、前記加工機に対してワークの受渡しを行うワーク自動搬送機と、前記加工室外に取り付けられ、前記ワーク自動搬送機が前記把持装置から掴み取った前記加工室内のワークに対してレーザ光を投光するレーザ測定器と、前記レーザ測定器の測定情報に基づいて前記ワーク自動搬送機がワークを掴んだか否かの判定を行うワーク把持判定装置とを有する。
2020110184.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工室内において把持装置が把持したワークを加工する加工機と、
前記加工機に対してワークの受渡しを行うワーク自動搬送機と、
前記加工室外に取り付けられ、前記ワーク自動搬送機が前記把持装置から掴み取った前記加工室内のワークに対してレーザ光を投光するレーザ測定器と、
前記レーザ測定器の測定情報に基づいて前記ワーク自動搬送機がワークを掴んだか否かの判定を行うワーク把持判定装置と、
を有するワーク把持判定システム。
【請求項２】
前記ワーク自動搬送機は、前記レーザ測定器からレーザ光が投光される測定位置でワークの移動を一時停止させる請求項１に記載のワーク把持判定システム。
【請求項３】
前記加工機は、前記測定位置に一時停止したワークに対してエアによるワークの清掃を行う清掃装置を有する請求項２に記載のワーク把持判定システム。
【請求項４】
前記ワーク自動搬送機は、前記レーザ測定器からレーザ光が投光される測定位置周辺にエアを吹くためのエアブローを有する請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のワーク把持判定システム。
【請求項５】
前記レーザ測定器は、ワークを出し入れする加工室の開口部よりも前記把持装置に近い位置を、ワークに対してレーザ光を投光する測定位置とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のワーク把持判定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工機とワーク自動搬送機との間でワークの受渡しを確認するものであり、レーザ測定器を使用したワーク把持判定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械においてワークの加工が行われる場合、要求される高い加工精度を得るには、主軸チャックなどのワーク保持部にワークが正しく把持されていることが必要となる。そのため、工作機械には、ワーク着座時のエア圧を検出してワークの把持状態を判定するなどの検出装置が設けられている。そのほかにも下記特許文献１には、主軸チャックが把持したワークの状態を、タッチセンサとレーザ測定器の計測によって判定するワーク取付け判定機構が開示されている。具体的には、ワークの回転軸方向端部を計測するタッチセンサが、主軸チャックの回転軸と平行な方向に移動自在に組み付けられ、レーザ測定器が、レーザ光を回転軸と垂直な方向からワーク外周に投光するように、主軸チャックから離れた位置に設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１３５６５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前記特許文献１の従来例は、工作機械の主軸チャックに把持されたワークを確認するものであるが、ワーク自動搬送機によって搬送される際のワークについても把持判定は必要である。主軸チャックとの掴み替えが適切に行われているか、つまり加工後のワークがワーク自動搬送機側に受け渡しされずに工作機械内に取り残されていないかの確認が必要だからである。そして、これまでワーク自動搬送機におけるワークの把持判定は、加工室の外で行われていた。しかし、それでは検出位置が主軸チャックから遠いため、ワークの掴み損ねが生じていた場合、判定結果が出てから次の動作に移るまでのタイムロスが大きくなってしまう。一方で、前記特許分文献１と同様に加工室内にセンサを設けるような構成も考えられるが、その加工室内はクーラントが飛び散る環境下であるため、センサが故障しやすいなどの問題があった。【０００５】
そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、加工室外にレーザ測定器を取り付けるワーク把持判定システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様におけるワーク把持判定システムは、加工室内において把持装置が把持したワークを加工する加工機と、前記加工機に対してワークの受渡しを行うワーク自動搬送機と、前記加工室外に取り付けられ、前記ワーク自動搬送機が前記把持装置から掴み取った前記加工室内のワークに対してレーザ光を投光するレーザ測定器と、前記レーザ測定器の測定情報に基づいて前記ワーク自動搬送機がワークを掴んだか否かの判定を行うワーク把持判定装置とを有する。
【発明の効果】
【０００７】
前記構成によれば、加工室外に取り付けられたレーザ測定器が、ワーク自動搬送機によって把持装置から掴み取られたワークに対し、加工室内においてレーザ光を投光することにより、そのレーザ測定器の測定情報に基づいてワーク自動搬送機がワークを掴んだか否かの判定を行うため、把持装置から掴み取ったワークの把持確認を短時間に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】工作機械の内部構造を示した側面図である。
【図２】ワーク自動搬送機の移動時の状態を示した側面図である。
【図３】ワーク自動搬送機のワーク受渡しの状態を示した側面図である。
【図４】ワーク自動搬送機のワーク取り出し時の状態を簡略化して示した側面図である。
【図５】ワーク自動搬送機に対するワーク把持検出時の状態を簡略化して示した側面図である。
【図６】清掃装置の構成を簡略化して示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に、本発明に係るワーク把持判定システムの一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。本実施形態では、工作機械とワーク自動搬送機との間でワークの受渡しをする場合のワーク把持判定システムを例に挙げて説明する。図１は、工作機械の内部構造を示した側面図である。この工作機械１は、車輪を備えた可動ベッド１８の上に組み付けられ、ベース２の上面に敷設されたレール２０１に沿って前後方向への移動が可能になっている。本実施形態では、主軸装置１１の水平な主軸と平行な方向であって機体前後方向をＺ軸方向、Ｚ軸に直交する鉛直な機体上下方向をＸ軸方向、そしてＺ軸およびＸ軸に直交する機体幅方向をＹ軸方向として説明する。
【００１０】
工作機械１は、可動ベッド１８上に主軸装置１１が搭載され、ワークＷを把持する主軸チャック１２が回転可能な構成を有している。工作機械１は、エンドミルやドリルなどの回転工具、或いはバイトなどの切削工具を備える工具台１６を有し、その工具台１６の旋回割出しが可能なタレット装置１５が設けられている。また、工作機械１は、タレット装置１５をＺ軸方向に移動させるＺ軸駆動装置１３とＸ軸方向に移動させるＸ軸駆動装置１４とを有する２軸旋盤である。Ｚ軸駆動装置１３およびＸ軸駆動装置１４は、摺動可能なＺ軸スライド１３１又はＸ軸スライド１４１を有し、サーボモータの回転出力をボールネジ機構によって直進運動に変換して移動させるよう構成されている。そして、工作機械１には、主軸装置１１、Ｚ軸駆動装置１３Ｘ、軸駆動装置１４およびタレット装置１５などの各駆動部を制御するための制御装置５が搭載されている。
【００１１】
工作機械１は、ワークＷの加工に対する潤滑や切屑の洗い流しに対してクーラントが使用される。ベース２内の貯留槽２１には、ワークＷの切屑などとともに使用済のクーラントが溜められるようになっている。貯留槽２１内のクーラントはフィルタを通してクーラントタンク２２へと送られるようにして循環し、そこからポンプ２３によって加工室１０内へと送り出される。ポンプ２３に接続されたクーラント管２４は、切屑を貯留槽２１内へ洗い流すための清掃用ノズルの他、分岐した配管がタレット装置１５にも接続され、工具台１６からワークＷの加工点へとクーラントが噴射されるようにもなっている。
【００１２】
工作機械１は、加工室１０を構成する機体カバー３に加え、機体前面部には開閉可能な前カバー４が設けられている。前カバー４は、同じカバー形状の加工機などが幅方向に並べられた場合に搬送空間２０を形成するものであり、その中には図２及び図３に示すように、ワークＷの受渡しを行うワーク自動搬送機８が組み込まれることとなる。図２及び図３は、工作機械１に対するワーク自動搬送機８の関係を示した側面図であり、特に、図２は移動時の状態が示され、図３はワーク受渡しの状態が示されている。
【００１３】
工作機械１は、幅が狭く前後方向に長い形状をしたものであり、図２及び図３が示す機体前部に加工室１０が構成されている。そして、工作機械１の前側を多関節ロボット２６が移動するようにワーク自動搬送機８が構成されている。工作機械１は、機体カバー３に形成された開口部に自動のスライド扉３０１が設けられ、ワーク自動搬送機８は、そのスライド扉３０１が開くことにより、多関節ロボット２６が開口部から加工室１０内に進入し、主軸チャック１２に対するワークＷの受渡しが行えるようになっている。
【００１４】
そのワーク自動搬送機８は、走行台３６がＹ軸方向に移動するよう構成された走行装置２５の上に多関節ロボット２６が組み付けられている。多関節ロボット２６は、上腕部材３１と前腕部材３２とが、第１関節機構３３および第２関節機構３４の駆動によって形態が変形するよう構成されている。具体的には、図２に示すように、上腕部材３１と前腕部材３２とが折り畳まれて起立した移動姿勢と、図３に示すように、前傾して伸びた作業姿勢とに変形可能である。そして、多関節ロボット２６の先端部にはチャック機構を備えたロボットハンド２７が組み付けられ、ワークＷの把持及び解放が可能になっている。
【００１５】
ワーク搬送装置８は、他の加工機などと加工ラインを構成する工作機械１に対し、走行装置２５の駆動により多関節ロボット２６が移動し、図５に示すようにワークＷの受渡しが行われる。そして、ワークＷを受け取った工作機械１では、タレット装置１５の旋回割出しによって工具台１６の工具が選択され、Ｚ軸駆動装置１３及びＸ軸駆動装置１４の駆動により、その工具についてＺ軸方向およびＸ軸方向の所定位置への移動が行われる。主軸装置１１には主軸チャック１２に回転が与えられており、回転するワークＷに工具が当てられることにより切削加工などが行われる。その後、加工されたワークＷは、ワーク自動搬送機８によって主軸チャック１２から取り外され、次の加工機などへと搬送される。
【００１６】
こうした工作機械１およびワーク自動搬送機８では、ワークＷの自動加工が適切に行われるように、主軸チャック１２やロボットハンド２７におけるワークＷの把持判定が行なわれる。工作機械１には、主軸チャック１２における着座を判定する着座判定装置が組み込まれている。詳しく図示しないが、その着座判定装置は、主軸チャック１２に形成された検出孔にエア流路を介して圧縮エアが送り込まれ、検出孔がワークＷによって塞がれた状態つまりワークＷの着座状態が、エア流路内の背圧に基づいて判定されるよう構成されている。この着座判定装置により、主軸チャック１２が正しくワークＷを把持していることが確認でき、ワークＷに対する精密な加工が可能になっている。
【００１７】
一方、ワーク自動搬送機８は、主軸チャック１２から加工後のワークＷを確実に受け取ったことの確認が行われる。ロボットハンド２７がワークＷを掴み損ねてしまい、主軸チャック１２にワークＷが残ったままになってしまうことがあるからである。これまでは搬送空間２０にセンサが取り付けられ、加工室１０の外に設定された検出ポイントでロボットハンド２７のワーク把持判定が行なわれていた。しかし、ロボットハンド２７が加工室１０から出て搬送空間２０に至るまでの距離が長いため、ロボットハンド２７の把持エラーが生じた場合、ワーク受渡しのリトライ動作や工作機械１の駆動停止など、次の動作に移るまでの時間が長くなってしまっていた。
【００１８】
そこで、本実施形態では、ロボットハンド２７が把持したワークＷの有無を加工室１０内で確認できるようにしたワーク把持判定システムが構成されている。その際、加工室１０内での検出を実行するには、例えば検出センサを加工室１０内に設置すればよいと考えられる。しかし、加工時の加工室１０内にはクーラントが飛び散っているため、検出センサがその影響を受けて故障することなどが懸念される。本実施形態ではこうした点を考慮し、図３に示す位置、すなわち加工室１０の外側の搬送空間２０内であって、特に自動のスライド扉３０１が設けられた機体カバー３の開口部の上に、レーザセンサ６がブラケットを介して取り付けられている。
【００１９】
ここで、図４及び図５は、ワーク自動搬送機８を簡略化して示した側面図であり、図４はワーク取り出し時の状態が、図５は、ワーク把持検出時の状態がそれぞれ示されている。レーザセンサ６には例えば時間計測式センサが使用され、ワークＷを反射したレーザ光６０１が受光されるまでの時間が測定され、その検出時間によってワークＷの有無が判定される。そのレーザセンサ６は、設置位置の搬送空間２０側から加工室１０内へと、レーザ光６０１が斜めに投光されるように取付け角度が定められ、ロボットハンド２７に把持されたワークＷを検出する検出ポイントＰが設定される。その検出ポイントＰは、主軸チャック１２に近いほど好ましいが、誤検出を回避するため、主軸チャック１２から所定の距離Ｌだけ離れた位置に設定されている。
【００２０】
主軸チャック１２にあまり近い位置では、ロボットハンド２７が把持したワークＷをレーザ光６０１が反射した正常な検出と、ワークＷを把持できずに主軸チャック１２などをレーザ光６０１が反射した場合の検出との差が区別できないおそれがあるからである。一方で、検出ポイントＰが主軸チャック１２から遠ければ、ワークＷの把持エラーを確認するまでの時間を短縮しようとする目的に反する。そこで、少なくとも加工室１０に対してワークＷを出し入れするスライド扉３０１の位置（図５に示す境界ライン３０の位置）よりも主軸チャック１２に近い位置が検出ポイントＰとして設定される。こうした点から、工作機械１において好ましい検出ポイントＰは、本実施形態では主軸チャック１２から１００ｍｍ程度離れた位置であった。
【００２１】
加工中の加工室１０内はクーラントが供給され、特に加工点に近い検出ポイントＰの近くでは、回転するワークＷにクーラントが噴きつけられて激しく飛び散っている。そのため、加工後のワークＷにはクーラントが水滴となって表面に付着してしまい、ワーク表面の水滴がレーザ光６０１の反射に影響を及ぼす可能性がある。また、ワーク加工時に飛び散ったクーラントが、加工後にはミスト状になって加工室１０内に漂っている。このような雰囲気中にレーザ光６０１が投光されると、ミスト状のクーラントに反射してやはり影響を受ける可能性がある。そこで、本実施形態の工作機械１には、ワーク把持検出時に影響を与えるクーラントの水滴やミストを排除する構成がとられている。
【００２２】
具体的には、タレット装置１５に組み込まれた清掃装置１７が使用される。図６は、その清掃装置１７の構成を簡略化して示した図である。タレット装置１５は、複数の工具４９が工具台１６に装着され、旋回割出しによって加工を実行する工具４９の選択が可能になっている。タレット装置１５は、Ｚ軸スライド１３１に装置本体１５１が固定され、その装置本体１５１に対して工具台１６が割出し機構を介して組み付けられている。そして、このタレット装置１５には、装置本体１５１から工具台１６にかけて連通するエア流路４１が形成されている。
【００２３】
工具台１６は多角形状をしており、各辺に工具４９と一体の工具ブロック４８が着脱可能である。工具台１６には、工具ブロック４８の他にも、エアノズル４４を備えたノズルブロック４２が着脱可能であり、そこには装置本体１５１側のエア流路４１に連通するエア流路４３が形成されている。エア流路４１，４３には、コンプレッサ４５からのびるエア配管４６が接続され、そのエア配管４６には開閉電磁弁４７が設けられている。よって、清掃装置１７は、エアコンプレッサ４５からの圧縮エアがエア流路４１，４３を通り、エアノズル４４からエアが噴出するエアブローが構成されている。
【００２４】
ワーク自動搬送機８は、走行装置２５、多関節ロボット２６およびロボットハンド２７の駆動を制御する制御装置２８を有し、そのメモリ内にはワークＷを工作機械１等に受渡しするための搬送プログラムが格納されている。特に、本実施形態では、その搬送プログラム内にはワーク把持判定プログラムが組み込まれている。一方で、工作機械１は、他の加工機などと加工ラインを構成し、各々の制御装置がワーク自動搬送機８の制御装置２８と接続され、加工ライン内にＬＡＮが構築されている。そして、工作機械１の制御装置５には、ワーク自動搬送機８のワーク把持判定処理に応じて清掃装置１７を作動させるサポートプログラムが格納されている。
【００２５】
そこで、加工後のワークＷを次の工程へと搬送するワーク自動搬送機８は、図４に示すように、スライド扉３０１が開いた開口部から加工室１０内へと進入する。多関節ロボット２６は、姿勢を変えながら搬送空間２０から加工室１０の奥へと伸び、先端のロボットハンド２７によって主軸チャック１２との間でワークＷの掴み替えが行われる。その後、多関節ロボット２６が折り畳まれ、ワークＷが加工室１０の外へと運ばれる途中の検出ポイントＰにおいてワーク把持確認が行われる。
【００２６】
ワークＷを掴んだロボットハンド２７は、検出ポイントＰへと移動するまでにワークＷが上を向くように９０度の回転が行われる。そして、ワークＷが検出ポイントＰにまで移動したところで多関節ロボット２６が約１秒程度停止し、そこにレーザセンサ６からレーザ光６０１が投光され、ロボットハンド２７に把持されたワークＷの有無が判定される。ロボットハンド２７がワークＷを把持している場合には、そのワークＷを反射したレーザ光６０１の受光によってワーク有りの判定が行なわれる。一方で、ロボットハンド２７がワークＷを把持していない場合には、レーザ光６０１がロボットハンド２７を通り過ぎてしまう。その場合には他の物に反射してレーザ光６０１が受光されるため、検出時間が異なことによりワーク把持エラーの判定が行なわれる。
【００２７】
こうした検出時には、主軸チャック１２から検出ポイントＰまで加工後のワークＷが移動する間、清掃装置１７などの駆動により、ワークＷに付いた水滴や周りのミストを吹き飛ばすサポート作業が行われる。サポート作業では、清掃装置１７のエアノズル４４について、タレット装置１５の旋回割出しによってエアを噴出する向きが調節され、Ｚ軸駆動装置１３やＸ軸駆動装置１４の駆動によって加工室１０にエアを噴出する位置が調節される。そのため、ワーク把持検出時には、図５に示すようにエアノズル４４からエアが噴出され、そのエアによってワークＷの水滴や周りのミストが吹き飛ばされて、クーラントの影響を排除したレーザ光６０１の投光および受光が行われる。
【００２８】
こうしたワーク把持判定により、ロボットハンド２７がワークＷを掴んでいないとのエラー判定が出た場合には、作業者が主軸チャック１２から手作業によってワークＷを取り外す必要がある。そのため、多関節ロボット２６は搬送空間２０内の所定位置へと待避し、工作機械１とともに駆動停止制御が行われる。なお、エラー判定が出た場合には、リトライ動作によってもう一度、主軸チャック１２に対するワークＷの掴み替えと、ロボットハンド２７が掴み取るワークＷの把持検出が行われるようにしてもよい。一方、ロボットハンド２７がワークＷを掴んでいることが確認できた場合には、そのワークＷが次の加工機などへと搬送される。
【００２９】
よって、本実施形態では、主軸チャック１２から近い位置を検出ポイントＰとするため、検出結果が短時間で得られ、従来に比べて次の動作に移るまでのタイムロスを短くすることができる。また、レーザセンサ６が加工室１０の外に取り付けられているため、クーラントによる悪影響を受けることもない。特に、レーザセンサ６の取り付け位置が、スライド扉３０１が設けられた機体カバー３の開口上部であるため、多関節ロボット２６の動作を妨げることも無い。そして、エアブローを使用したサポート作業を実行することにより、レーザセンサ６を使用したワーク把持検出の精度が高められる。
【００３０】
ところで、本実施形態では、検出ポイントＰを一定にしてワーク把持検出が行われるよう構成されている。そのため、ワークＷを１秒程度の停止させる必要が生じてしまっている。そこで、レーザセンサ６の取付け器具として、レーザ光６０１の投光角度が調節可能な駆動構成を加え、予め分かっているワークＷの移動位置に合わせて投光位置を変化させるようにすることも考えられる。主軸チャック１２からロボットハンド２７に掴み替えられて移動するワークＷに対し、一定の移動範囲にわたってレーザ光６０１が投光され、移動に伴って変化する受光までの時間を演算処理して判定するようする。これにより、停止させることなくワークＷの把持判定を行うことができる。
【００３１】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、主軸チャック１２から１００ｍｍ程度移動させた位置を検出ポイントＰとし、ワークＷを１秒程度止めてセンシングするようにしたが、検出ポイントＰの位置や停止時間は、使用するセンサなどによって適宜変更するようにしてもよい。
【００３２】
また、レーザ測定器には、レーザ光６０１の受光までの時間を測定するレーザセンサ６を例に挙げたが、レーザ光が検出素子上で集光される位置の変化を測定するものなどであってもよい。
また、サポート作業をタレット装置１５に組み込まれた清掃装置１７に実行させるようにしたが、加工室１０内に、検出ポイントＰのワークＷに対してエアを噴きつける清掃装置を構成するようにしてもよい。その他、工作機械１に対して、加工室１０内のクーラントのミストを回収するミストコレクタを組み込むようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１…工作機械  ５…制御装置  ６…レーザセンサ  ８…ワーク自動搬送機  １０…加工室  １１…主軸装置  １２…主軸チャック  １５…タレット装置  １７…清掃装置  ２０…搬送空間  ２６…多関節ロボット  ２７…ロボットハンド  ２８…制御装置  ６０１…レーザ光
【図１】
2020110184.tif 000003
【図２】
2020110184.tif 000004
【図３】
2020110184.tif 000005
【図４】
2020110184.tif 000006
【図５】
2020110184.tif 000007
【図６】
2020110184.tif 000008
【国際調査報告】
2020110184.tif 000009
2020110184.tif 000010
2020110184.tif 000011
2020110184.tif 000012