(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを切断し溶接するＸ、Ｙ、Ｚの直線３軸およびＡ、Ｂの回転２軸を備えたレーザ加工機と、前記ワークの両側に対向して設けられ前記ワークを曲げおよび成形加工するＸ、Ｙ、Ｚの直線３軸と回転１軸を備えた２基のロボットと、前記ワークを０°、９０°、１８０°および２７０°の４箇所のワーク加工位置に回転位置決め自在に設けたワークシャトルとを有する複合板金加工機であって、前記ワークシャトルに設けられた基準球のＸ、Ｙ、Ｚ座標と、前記４箇所のワーク加工位置において前記レーザ加工機で前記ワークに加工された４個の基準穴のワークシャトルの９０°位置における基準穴中心のＺ座標を前記ロボットに把持された基準ツールにより検出して前記ワークシャトルの回転軸の位置を求めると共に、前記ワークシャトルの前記ワークを載置する基準面の９０°および２７０°位置におけるＹ座標とを前記ロボットに把持された前記基準ツールにより検出して求め、前記レーザ加工機と前記ロボットとの３次元加工に対するＸ、Ｙ、Ｚ座標系を設定し、前記各座標系の間に相互関係を持たせることを特徴とする複合板金加工機における座標系設定方法。
【請求項２】
ワークを切断し溶接するＸ、Ｙ、Ｚの直線３軸およびＡ、Ｂの回転２軸を備えたレーザ加工機と、前記ワークの両側に対向して設けられ前記ワークを曲げおよび成形加工するＸ、Ｙ、Ｚの直線３軸と回転１軸を備えた２基のロボットと、前記ワークを０°、９０°、１８０°および２７０°の４箇所のワーク加工位置に回転位置決め自在に設けたワークシャトルとを有する複合板金加工機であって、前記ワークシャトルに設けられた基準球と、前記４箇所のワーク加工位置において前記ワークに前記レーザ加工機で加工された４個の基準穴のワークシャトルの９０°位置における基準穴中心のＺ座標と、前記ワークシャトルにおいてワークを載置する基準面の９０°および２７０°位置におけるＹ座標と、前記基準球のＸ、Ｙ、Ｚ座標とを前記ロボットに把持させてそれぞれ接触感知する基準ツールとを備え、前記レーザ加工機と前記ロボットとの３次元加工に対するＸ、Ｙ、Ｚ座標系を設定し、各座標系の間に相互関係を持たせることを特徴とする複合板金加工機における座標系設定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、従来の２次元に対応するワ―ク座標を３次元加工に対応するように変換し、１基のレ―ザ加工機と２基のロボットの各座標系の間に、相互の関係を持たせる複合板金加工機における座標系設定方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、板金加工機は、ワ―クから例えば箱状の製品を得る加工工程として、切断、成形、曲げ、溶接、研磨の順に行うのが一般的であった。しかも、これらの加工工程ごとに加工機が存在し、工程間に中間製品が存在している。このために、多くの加工機と中間製品との保管場所が大きくなるので、切断、溶接等をレ―ザ加工機により行い、成形、曲げ、研磨等をロボットにより行う複合板金加工機が採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の複合板金加工機は、ワ―クの座標系が主として２次元加工に対応しており、レ―ザと２基のロボットとはそれぞれ別の座標系を持つものであった。
【０００４】
従って、ワ―クが９０度ずつ回転することによって、４個のワ―ク座標系（３次元）が必要となる加工機には従来のままでは対応することができなかった。また、レ―ザとロボットとの各座標系の間には、相互の関係がないために加工時の位置合せが不正確となる等の問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、上記問題点を改善するために、ワ―クの座標系が３次元加工に対応するように変換され、１基のレ―ザと２基のロボットとの各座標系の間に相互の関係が保持され、加工時の位置決めが正確に行われる複合板金加工機における座標系設定方法および装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、ワークを切断し溶接するＸ、Ｙ、Ｚの直線３軸およびＡ、Ｂの回転２軸を備えたレーザ加工機と、前記ワークの両側に対向して設けられ前記ワークを曲げおよび成形加工するＸ、Ｙ、Ｚの直線３軸と回転１軸を備えた２基のロボットと、前記ワークを０°、９０°、１８０°および２７０°の４箇所のワーク加工位置に回転位置決め自在に設けたワークシャトルとを有する複合板金加工機であって、前記ワークシャトルに設けられた基準球のＸ、Ｙ、Ｚ座標と、前記４箇所のワーク加工位置において前記レーザ加工機で前記ワークに加工された４個の基準穴のワークシャトルの９０°位置における基準穴中心のＺ座標を前記ロボットに把持された基準ツールにより検出して前記ワークシャトルの回転軸の位置を求めると共に、前記ワークシャトルの前記ワークを載置する基準面の９０°および２７０°位置におけるＹ座標とを前記ロボットに把持された前記基準ツールにより検出して求め、前記レーザ加工機と前記ロボットとの３次元加工に対するＸ、Ｙ、Ｚ座標系を設定し、前記各座標系の間に相互関係を持たせることを特徴とする複合板金加工機における座標系設定方法である。
【０００７】
また、本発明は、ワークを切断し溶接するＸ、Ｙ、Ｚの直線３軸およびＡ、Ｂの回転２軸を備えたレーザ加工機と、前記ワークの両側に対向して設けられ前記ワークを曲げおよび成形加工するＸ、Ｙ、Ｚの直線３軸と回転１軸を備えた２基のロボットと、前記ワークを０°、９０°、１８０°および２７０°の４箇所のワーク加工位置に回転位置決め自在に設けたワークシャトルとを有する複合板金加工機であって、前記ワークシャトルに設けられた基準球と、前記４箇所のワーク加工位置において前記ワークに前記レーザ加工機で加工された４個の基準穴のワークシャトルの９０°位置における基準穴中心のＺ座標と、前記ワークシャトルにおいてワークを載置する基準面の９０°および２７０°位置におけるＹ座標と、前記基準球のＸ、Ｙ、Ｚ座標とを前記ロボットに把持させてそれぞれ接触感知する基準ツールとを備え、前記レーザ加工機と前記ロボットとの３次元加工に対するＸ、Ｙ、Ｚ座標系を設定し、各座標系の間に相互関係を持たせることを特徴とする複合板金加工機における座標系設定装置である。
【０００８】
これにより、本発明のワ―クの座標系が３次元加工に対応するように変換され、レ―ザ加工機と２基のロボットとの各座標系の間に相互の関係が保持され、加工時の位置決めが正確に行われる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１０】
図９および図１０に示すように、複合板金加工機１は、ほぼ半球状のカバ―３内に装着されている。カバ―３には図示省略された天井に開閉自在な開閉式天井が設けられ、内部を監視し得る。また、ワ―クＷを搬入する図示省略のワ―ク搬入口と製品搬出口が設けられている。
【００１１】
カバ―３内には図１１に示すように、搬送路の両側に対向して左手ロボット５、右手ロボット７が配置されていると共に、この左手ロボット５、右手ロボット７に装着された工具を交換するツ―ルマガジン９が設けられている。また、搬送路に近接してレ―ザ加工機１１が配置されている。
【００１２】
このレ―ザ加工機１１は、Ｘ1 ，Ｙ1 ，Ｚ1 の直線３軸と、Ａ1 ，Ｂ1 の回転２軸およびＣのギャップセンサ１軸を備えている。また、左手、右手ロボット５、７も同様に×2 ，×3 ；Ｙ2 ，Ｙ3 ；Ｚ2 ，Ｚ3 の直線３軸、Ａ2 ，Ａ3 の回転１軸とを備えている。Ａ2 ，Ａ3 の回転軸にはグリッパＧ1 とＧ2 が設けられている。なお、ワ―クシャトル１３にはＸ5 の直線軸とＡQ との回転軸を備え、ツ―ルマガジン９にはＹT の直線軸が備えられ、機械全体では合計１７軸で構成させている。
【００１３】
上述の図１１に示す軸構成を具体化したものが図９および図１０に示されている。すなわち、板金加工機１は、コモンベ―ス１５上に四角枠状に形成された本体フレ―ム１７によって構成され、コモンペ―ス１５上にはＸ軸方向（図１に示す図面に直交する方向、図２において左右方向）へ移動自在なワ―クシャトル１３が設けられている。
【００１４】
コモンベ―ス１５上にＸ軸方向へ延伸して敷設されたレ―ル１９上に、車輪２１を解してワ―クシャトル１３が駆動モ―タ２３の駆動によりＸ軸方向へ移動自在に設けられ、ワ―クシャルトル１３に立設された支柱２５にワ―クＷを把持するワ―クホルダ２６（図７）が装着され、このワ―クホルダ２６にてワ―クＷが保持され、ワ―クＷは水平あるいは垂直状態に保持されることになる。
【００１５】
コモンベ―ス１５上に立設された本体フレ―ム１７は４本の支柱１７Ａと、この支柱１７Ａの上面に四角枠状の上部梁１７Ｂが一体的に設けられている。かつ、上部梁１７Ｂの上面に例えばＬＭガイド２７のレ―ル２７Ａ上にＬＭガイド２７等を介して、レ―ザ加工機用Ｘ軸キャレッジ２９が架設され、このレ―ザ加工機用Ｘ軸キャレッジ２９は、図示省略されたモ―タ等の駆動源によりＸ軸方向へ延伸して設けられたネジ部材３１を回転し、このネジ部材３１に螺合するナット部材（図示省略）がレ―ザ加工機用Ｘ軸キャレッジ２９に装着される。
【００１６】
上記構成により、図示省略の駆動源を駆動せしめることにより、ネジ部材３１は回転し、ナット部材を介してＸ軸方向へ移動して、レ―ザ加工機用Ｘ軸キャレッジ２９がＸ軸方向へ移動されることになる。
【００１７】
レ―ザ加工機用Ｘ軸キャレッジ２９の側面には、レ―ザ加工ヘッド３３がＹ軸方向（図９において左右方向、図１０において図面に直交する方向）およびＺ軸方向（図９および図１０において上下方向）へ移動自在に設けられている。従って、レ―ザ加工機用Ｘ軸キャレッジ２９の側面に複数の案内部材である、例えばＬＭガイド３５のレ―ル３５ＡがＹ軸方向へ延伸して設けられ、このＬＭガイド３５を介してレ―ザ加工ヘッド３３が設けられている。かつ、図示省略のモ―タ等の駆動源よりＹ軸方向へ延伸して設けられたネジ部材３７を回転し、このネジ部材に螺合するナット部材（図示省略）がレ―ザ加工ヘッド３３に装着される。
【００１８】
また、レ―ザ加工ヘッド３３に設けられたノズル３９は、図示省略された駆動モ―タあるいはシリンダ等によりＺ軸方向へ移動し位置決め自在に設けられている。
【００１９】
なお、上述のレ―ザ加工機１１は、既に延べたようにＸ1 ，Ｙ1 ，Ｚ1 の直線３軸、Ａ1 ，Ｂ1 の回転２軸およびＣのギャップセンサ１軸を備えているが、その具体的な構成および動作はすでに公知であるからその説明を省略する。
【００２０】
本体フレ―ム１７の片側には、レ―ザ発振器４１を支持する支持台４１Ａが立設されている。この支持台４１Ａに支持されたレ―ザ発振器４１から発振されたレ―ザビ―ムＬＢをレ―ザ加工機１１へ通すために、一部図示省略のレ―ザビ―ムガイド４３がレ―ザ発振器４１とレ―ザ加工機１１との間に設けられている。かつ、レ―ザ発振器４１より発振されたレ―ザビ―ムＬＢをノズル３９よりワ―クＷに照射して、所望の切断あるいは溶接加工が行われることになる。
【００２１】
左手、右手ロボット５，７は左右対象に配置されているだけで、ほぼ同一構成であるから総称して説明する。なお、既に述べたように×2 ，Ｘ3 ；Ｙ2 ，Ｙ3 ；Ｚ2 、Ｚ3 の直線３軸と、Ａ 2，Ａ3 の回転軸にはグリッパＧ1 ，Ｇ2 が設けられているが、その具体的な構成ならびに動作は、すでに公知であるから概略的に説明する。
【００２２】
左手、右手ロボット５，７を支承する左右のフレ―ム４５の下部は、コモンペ―ス１５の側面に設けられたＸ軸方向へ延伸した案内部材である例えばＬＭガイド４７のレ―ル４７Ａに、ＬＭガイド４７を介して装着されいる。また、左右のフレ―ム４５の上部は、本体フレ―ム１７の上部梁１７Ｂの側面に設けられたＸ軸方向へ延伸した案内部材である例えばＬＭガイド４７のレ―ル４７Ａに、ＬＭガイド４７を介して装着されている。
【００２３】
なお、本体フレ―ム１７の上部梁１７Ｂの側面には、Ｘ軸方向へ延伸したネジ部材４９が設けられていて、このネジ部材４９に図示省略されたフレ―ム４５に内蔵されたナット部材が螺合し、フレ―ム４５はＸ軸方向へ移動自在となっている。この駆動手段としては、ネジ部材４９の片側に回転伝達部材５１が設けられ、上部梁１７Ｂの側面に設けられた駆動モ―タ５３に連結されている。
【００２４】
上記構成により、駆動モ―タを駆動させると、回転伝達部材５１を介してネジ部材４９が回転し、ナット部材（図示省略）を介して左手、右手ロボット５，７のフレ―ム４５はＸ軸方向へ移動されることになり、所望の加工位置に左手、右手ロボット５，７を位置決めすることができる。
【００２５】
左手、右手ロボット５，７のロボット本体５５は、フレ―ム４５にＺ軸方向へ延伸して設けられたネジ部材５７にＺ軸キャレッジ５９が螺合し、Ｚ軸方向へ移動自在となっている。また、Ｚ軸キャレッジ５９にはＹ軸方向へ移動自在なＹ軸キャレッジ６１が設けられていると共に、Ａ2 ，Ａ3 の回転１軸を備え、この回転軸にグリッパ６３が設けられて、グリッパ６３にはワ―クＷを曲げ成形する工具６５、例えばパンチとダイとを把持するものである。
【００２６】
ところで、本実施例では複合板金加工機１は、ワ―クＷの座標系を３次元加工に対応するように変換することにより、１基のレ―ザ加工機１１と２基のロボット５，７との各座標系の間に相互の関係が保持され、加工時の位置決めが正確に行われることを目的とする。
【００２７】
図１に示すように、左手、右手ロボット５，７には基準部材、本実施例では基準ツ―ル６６がグリッパ６３に把持されている。ツ―ルバ―６７は測定面６９が四角形で、ツ―ルプレ―ト７１には端子７３が設けられ、このツ―ルプレ―ト７１がグリッパ６３によって把持されるものである。
【００２８】
また、図２に示すようにワ―クシャトル１３は、回転軸（回転中心）７５によりワ―クホルダ２６を回転自在とし、このワ―クホルダ２６はワ―ククリップ７７（図７）によりワ―クＷを把持するものとする。なお、ワ―クシャトル１３には基準球８５が立設されている。
【００２９】
図３に示すように基準球８５と基準ツ―ル６６との接触位置の座標を求めるために、ワ―クシャトル１３のワ―クホルダ２６をホルダＡ（図４）の水平状態に位置し、左手、右手ロボット５，７をそれぞれ移動して、基準ツ―ル６６を基準球８５にＸ，Ｙ，Ｚ方向から接近して接触感知を行う。同時に、正確な座標を得るために基準ツ―ル６６の測定面６９の水平・垂直を出すものとする。
【００３０】
図４に示すようにワ―クホルダ２６を回転させ水平にした位置がホルダ位置Ａで、この状態のワ―クＷにレ―ザ加工機１１により１個の測定用基準穴７９Ａを加工するものとする。なお、図５に示すようにワ―クホルダ２６を９０度回転させて垂直にし、同様な測定用基準穴７９Ｂを１個加工する。この位置をホルダ位置Ｂとする。
【００３１】
さらに９０度回転させたホルダ位置Ｃで測定用基準穴７９Ｃを１個加工し、さらに９０度回転させたホルダ位置Ｄで測定用基準穴７９Ｄを１個加工して、合計４個の測定用基準穴７９Ａ，７９Ｂ，７９Ｃ，７９Ｄができる。
【００３２】
次に、図６に示すように各基準穴７９Ａ，７９Ｂ，７９Ｃ，７９Ｄの中心座標を求めるために、例えばホルダ位置Ｂにしてワ―クＷの基準穴７９Ｂに、左手ロボット５の基準ツ―ル６６の先端を挿入する。この状態において基準ツ―ル６６を僅かにＸ，Ｚ方向へ移動させて基準穴７９Ｂの４個の半円状部８３に接触感知させる。
【００３３】
同様に、基準ツ―ル６６にて、基準穴７９Ａ，７９Ｃ，７９Ｄの接触感知を行うことにより、基準穴７９Ａと７９Ｃおよび基準穴７９Ｂと７９Ｄはワ―クホルダ２６を１８０度回転させて、同一座標で加工しているために、穴の中心のＺ座標からワ―クホルダ２６の回転軸７５の位置を求めることができる。
【００３４】
次に、図７に示すようにワ―クホルダ２６の基準面（ワ―クＷをワ―クホルダ２６に載せる面）８７と回転軸７５の中心とのオフセットは、ホルダ位置Ｂおよびホルダ位置Ｄの垂直状態で、左手ロボット５がワ―クＷに基準ツ―ル６６を近接させて接触感知を行い、その座標と板厚ｔとから求めるものである。
【００３５】
図８はワ―クのホルダ位置における座標系原点の説明図を示す。図（Ａ）はホルダ位置Ａを示し、斜線部分はワ―クホルダ２６の基準面８７である。その各原点は、
(1) レ―ザ
Ｘ：Ｘ方向加工限界位置
Ｙ：ワ―クホルダ２６の回転中心７５と一致する位置
Ｚ：ワ―クホルダ２６の基準面８７と一致する位置
(2) ロボット
Ｘ：ロボット５，７の回転軸Ａ2 ，Ａ3 の中心がレ―ザのＸ方向加工限界位置と一致する位置
Ｙ：基準ツ―ル６５の先端がワ―クホルダ２６の回転中心75と一致する位置
Ｚ：Ａ軸回転中心がワ―クホルダ２６の基準面８７と一致する位置
で、ホルダ位置Ｃにおいても同様である。
【００３６】
また、図（Ｂ）はホルダ位置Ｂを示し、その各原点は、
(1) レ―ザ
Ｘ：Ｘ方向加工限界位置
Ｙ：ワ―クホルダ２６の基準面８７と一致する位置
Ｚ：ワ―クホルダ２６の回転中心７５と一致する位置
(2) ロボット
Ｘ：Ａ軸回転中心がレ―ザのＸ方向加工限界位置と一致する位置
Ｙ：基準ツ―ル６６の先端がワ―クホルダ２６の基準面と一致する位置
Ｚ：Ａ軸回転中心がワ―クホルダ２６の回転中心７５と一致する位置
で、ホルダ位置Ｄにおいても同様である。
【００３７】
以上の工程を経て得られたデ―タよって、基準穴７９Ａと７９Ｃおよび基準穴７９Ｂと７９Ｄとは、ワ―クホルダ２６を１８０度回転させて、同一座標で加工しているために、基準穴中心のＺ座標からワ―クホルダ２６の回転軸（回転中心）７５の位置を求めることができる。
【００３８】
また、左手、右手ロボット５，７で測定した基準球８５との接触位置と、基準球８５の直径および基準ツ―ル６６の寸法より、左手、右手ロボット５，７の間の位置のＸ，Ｙ，Ｚ方向のオフセットを求めることができる。
【００３９】
このようにして、３次元レ―ザ加工機１１で加工した基準穴７９と、ワ―クホルダ２６の基準面８７およびワ―クシャトル１３の基準球８５とを、左手、右手ロボット５，７の基準ツ―ル６６で測定することによって、ワ―クホルダ２６の回転軸７５と基準面８７とのオフセットおよび左手、右手ロボット５，７の位置のオフセットが求められ、３次元レ―ザ加工機１１と左手、右手ロボット５，７の座標系が求められる。３次元レ―ザ加工機１１と左手、右手ロボット５，７との各座標系の間に、相互関係が生じ、加工時の位置合せが確実になる。
【００４０】
なお、本発明は、上記実施例に限定するものではなく、適宜の設計的変更を行うことにより、他の態様においても実施することが可能で、例えばレ―ザ加工機１１をプラズマ加工機とするも同様である。
【００４１】
また、ワ―クホルダ２６の位置は水平・垂直のみとは限らない。なお、基準ツ―ル６６は左手、右手ロボット５，７と一体的に構成するも同様である。さらに左手、右手ロボット５，７の位置のオフセットまたは基準ツ―ル６６の水平・垂直を求めるために、ピック等を用いることも可能であるから、基準球８５に限るものではない。
【００４２】
さらにまた、基準穴７９、基準球８５および基準面８７の測定は、電気的な接触感知の方法に限らず、非接触式ＣＣＤカメラ、静電容量センサまたは物理的に測定する方法等によるも同様である。
【００４３】
【発明の効果】
上記説明ですでに明らかなように、本発明の複合板金加工機における座標系設定方法および装置は、ワ―クシャトルに基準部材を設け、ロボットに把持された感知部材を設け、基準部材とワ―クの基準穴およびワ―クの基準面とをそれぞれ感知させ、レ―ザ加工機とロボットとの３次元加工に対する座標系を設定し、各座標系の間に相互関係を持たせることによって、従来技術の問題点が容易に解決され、ワ―クの座標系が３次元加工に対応するように変換され、３次元レ―ザ加工機と２基のロボットとの各座標系の間に相互の関係が保持され、加工時の位置決めが正確に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である基準ツ―ルの概略構成図を示し、同図（Ａ）はその正面図、同図（Ｂ）はその側面図である。
【図２】ワ―クシャトルのワ―クホルダおよび基準球の取付け状態図である。
【図３】基準球の測定説明図を示し、同図（Ａ）はＸ，Ｚ方向からの測定、同図（Ｂ）はＹ方向からの測定状態である。
【図４】ワ―クのホルダ位置Ａの説明図である。
【図５】ワ―クのホルダ位置Ｂにおける基準穴位置説明図である。
【図６】基準穴の測定説明図である。
【図７】基準面の測定説明図を示し、同図（Ａ）はホルダ位置Ｂの状態、同図（Ｂ）はホルダ位置Ｄの状態である。
【図８】ワ―クの座標系の原点説明図を示し、同図（Ａ）はホルダ位置Ａ、同図（Ｂ）はホルダ位置Ｂである。
【図９】本発明が実施された複合板金加工機の概略構成図である。
【図１０】図９の側面図である。
【図１１】図９の各加工機の軸構成図である。
【符号の説明】
１  複合板金加工機
５  左手ロボット
７  右手ロボット
１１  レ―ザ加工機
１３  ワ―クシャトル
２６  ワ―クホルダ
６６  基準ツ―ル
６７  ツ―ルバ―
７９，７９Ａ，７９Ｂ，７９Ｃ，７９Ｄ  基準穴
８７  基準面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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