CN104950794B - 加工系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种加工系统，具备控制机床的机床控制装置和控制机器人的机器人控制装置。该机器人控制装置具有：动作指令部，其输出动作指令，以便进行将工件从初始位置搬运到与机床相邻的第一位置的第一动作；时刻预测部，其根据从机床控制装置输出的加工开始信号来预测工件的加工结束时刻；时间预测部，其预测第一动作所需要的时间；时刻决定部，其根据所预测的加工结束时刻和第一动作所需要的时间，决定第一动作的开始时刻，使得第一动作在加工结束时刻结束。

Description

加工系统

技术领域

本发明涉及一种具有预测机床的加工结束时刻的功能的机器人控制装置。

背景技术

一般在使用机器人将工件搬运到机床的情况下，在工件加工完成后从机床向机器人控制装置输出工件更换请求信号，机器人接收该工件更换请求信号后开始工件的更换准备动作。但是，在接收工件更换请求信号后开始工件的更换准备动作的情况下，在工件的更换准备动作中，机床不进行加工而成为待机的状态，机床的运转率下降。对此，已知一种装置(例如参照日本特开2005-149216号公报)，即在工件的加工开始前开始通过机器人进行工件的更换准备动作，在更换准备动作结束后，直到结束工件的加工后输出更换请求信号为止，使机器人进行待机。但是，如日本特开2005-149216号公报所述的装置那样，直到输出更换请求信号为止使机器人待机，会降低机器人的运转率。

发明内容

本发明的一个方式是一种具备控制机床的机床控制装置和控制机器人的机器人控制装置的加工系统，机床控制装置具有在工件的加工开始时输出加工开始信号的信号输出部，机器人控制装置具有：动作指令部，其输出机器人的动作指令，以便进行将工件从初始位置搬运到与机床相邻的第一位置的第一动作和将搬运到第一位置的工件搬运到机床的加工区域内的第二位置的第二动作；时刻预测部，其根据从信号输出部输出的加工开始信号来预测机床中的工件加工结束时刻；时间预测部，其预测机器人的第一动作所需要的时间；时刻决定部，其根据由时刻预测部所预测的加工结束时刻和由时间预测部所预测的时间，决定使第一动作在加工结束时刻结束的第一动作的开始时刻。

附图说明

通过与附图关联的以下的实施方式的说明，能够更加明确本发明的目的、特征以及优点。

图1是概略地表示本发明的实施方式的加工系统的结构的图。

图2是表示本发明的实施方式的加工系统的控制结构的框图。

图3是表示存储在图2的存储部中的加工数据的一例的图。

图4是表示通过图2的机床控制装置以及机器人控制装置所执行的处理的一例的流程图。

具体实施方式

以下，参照图1～图4对本发明的实施方式进行说明。图1是概略地表示本发明的实施方式的加工系统100的结构的图。加工系统100具有加工工件W的机床1、将工件W搬运到机床1的机器人2、控制机床1的机床控制装置3以及控制机器人2的机器人控制装置4。加工系统100使用机器人2将工件W自动搬运给机床1，在机床1进行工件W的加工。另外，虽省略了图示，但加工系统100包括多台(例如2台)机床1(第一机床X、第二机床Y)，在多个机床1进行相互相同或不同的加工。

机器人2例如是垂直多关节型的工业用机器人。机器人2具有基部2a、由基部2a可旋转地支持的臂2b、设置在臂2b的前端部的把持装置2c，通过把持装置2c来把持工件W。机器人2通过伺服电动机20(图2)进行驱动，能够移动工件W。

机床1例如是加工中心等数值控制机床，配置在机器人2的侧方。在机床1的内部的加工区域1a中，机器人2的前端部经由可开闭的门1b可以进退。机床1根据来自机床控制装置3的指令，将被供给到加工区域1a内的工件W保持在机床1的加工台上，对工件W进行加工(例如切削加工)。另外，也可以不经由加工台来加工工件W。

在机器人2的侧方的工件载置站中设置有工件载置台5，在工件载置台5载置有加工前的工件W。另外，将载置在工件载置台5上的工件W的位置称为初始位置P0。机器人2根据来自机器人控制装置4的指令来把持工件载置台5上的工件W，并将工件W从初始位置P0搬运到与机床1相邻的第一位置P1。将从该初始位置P0到第一位置P1的工件W的搬运动作称为准备动作。

进而，机器人2将工件W从第一位置P1搬运到机床1的加工区域1a内的第二位置P2，与机床1联动地更换工件W。即，将加工前的工件W交给机床1，从机床1取得加工完毕的工件W。将从该第一位置P1到第二位置P2的工件W的搬运动作称为工件更换动作。

在以上那样构成的加工系统100中，根据来自机床控制装置3的指令，机床1的门1b在工件加工时关闭，在工件W的加工结束后打开。因此，能够在工件W的加工结束后，由机器人2进行经由门1b的工件更换动作。这时候，机器人2在工件W的加工结束后开始了准备动作，机床1不进行加工而待机的时间变长，机床1的运转效率下降。

另一方面，在工件W加工开始的同时，机器人2开始了准备动作，准备动作结束后到进行更换动作为止的待机时间变长，机器人2的运转效率下降。即，机器人2不仅进行准备动作和工件更换动作，也进行与其它作业相关的动作(其它的作业动作)。其它的作业例如是加工后的工件W的尺寸测量、去飞边、清洗或者向载置加工后的工件W的工件载置站的搬运等。因此，为了构筑效率高的加工系统100，最好使待机时间变短而使机器人2进行其它的作业。因此，在本实施方式中，如以下那样构成加工系统100。

图2是表示本发明的实施方式的加工系统100的控制结构的框图。如图2所示，第一机床1以及第二机床1的机床控制装置3分别具有将动作指令输出给机床1的致动器的动作指令部11和信号输出部12。信号输出部12在工件W的加工开始时输出加工开始信号，并且在工件W的加工结束时输出加工结束信号。进而也输出与工件W的种类(品种)对应的工件识别信号。动作指令部11在输出加工结束信号时，将打开信号输出给门驱动用致动器，打开门1b。由此，机器人2进行的工件更换动作成为可能。

机器人控制装置4具有输入部21、存储部22、加工结束时刻预测部23、准备动作时间预测部24、准备开始时刻决定部25以及动作指令部26。将从信号输出部12输出的加工开始信号、加工结束信号以及工件识别信号输入给输入部21。输入了加工开始信号的时刻以及输入了加工结束信号的时刻分别相当于加工开始时刻以及加工结束时刻。

存储部22根据经由输入部21而输入的信号，按照每个工件W的种类来存储加工开始时刻和加工结束时刻。进而，存储部22存储由机器人2开始了准备动作的时刻(准备开始时刻)和结束了准备动作的时刻(准备结束时刻)。

图3是表示存储在存储部22中的加工数据、即通过工件加工而得到的数据的一例的图。如图3所示，在存储部22中，与加工完毕的多个工件W对应地存储多组(图中是7组)加工数据D1～D7。各组加工数据D1～D7包括加工开始时刻、加工结束时刻、准备开始时刻和准备结束时刻，这些加工数据和工件W的品种(A，B)和加工了工件W的机床1的类别(第一机床X，第二机床Y)一起被存储。

从信号输出部12向输入部21输入加工开始信号时，加工结束时刻预测部23根据加工开始信号确定加工中的工件W的品种和加工工件W的机床1。并且，从存储在存储部22中的数据中检索通过相同的机床1而得到的相同品种的工件W的加工数据的租，计算该加工数据的组中所包括的加工结束时刻和加工开始时刻之间的差即加工时间。

在图3的例子中，当工件W的品种为A、机床1为X时，检索多组加工数据D1，D3，D5，D7，根据多组加工数据D1，D3，D5，D7分别计算出加工时间(T12-T11，T32-T31，T52-T51，T72-T71)。这种情况下，加工结束时刻预测部23计算出4个加工时间的平均值作为加工时间。然后，在输入了加工开始时刻的当前时刻上加上该加工时间(平均值)，将其预测为加工结束时刻。

准备动作时间预测部24从存储在存储部22中的加工数据中检索将相同品种的工件W搬运到相同种类的机床1时的加工数据的组，计算该加工数据的组中所包括的准备开始时刻和准备结束时刻之间的差即准备动作时间。在检索出多组加工数据，并计算出多个准备动作时间的情况下，准备动作时间预测部24预测它们的平均值为准备动作时间。另外，当例如在机床1加工中的工件W的品种为A，搬运到该机床1的工件W的品种为B时，根据品种为B的加工数据来计算准备动作时间。即，当加工中的工件W的品种和搬运到机床1中的工件W的品种不同时，准备动作时间预测部24根据与加工结束时刻预测部23所使用的加工数据的组不同的加工数据的组来预测准备动作时间。

准备开始时刻决定部25从由加工结束时刻预测部23预测的加工结束时刻减去由准备动作时间预测部24预测的准备动作时间，由此计算准备动作的开始时刻。并且，通过比较部250比较该准备动作开始时刻和当前时刻，在当前时刻到达准备动作开始时刻时，准备开始时刻决定部25将准备动作开始指令输出到动作指令部26。

动作指令部26具有输出工件更换动作的指令的工件更换动作部261、输出准备动作的指令的准备动作部262、输出其他作业动作的指令的作业动作部263。准备动作部262在从准备开始时刻决定部25输出准备动作开始指令时，将控制信号输出给伺服电动机20来驱动机器人2，将工件W从初始位置P0搬运到第一位置P1。即，使机器人2进行准备动作。这时候，将开始了准备动作的时刻以及结束了准备动作的时刻分别作为准备开始时刻以及准备结束时刻存储在存储部22中(参照图3)。

工件更换动作部261在准备动作结束且从机床1的信号输出部12输出加工结束信号时，将控制信号输出到伺服电动机20来驱动机器人2，将工件W从第一位置P1搬运到第二位置P2。即，使机器人2进行工件更换动作。工件更换动作结束时，工件更换动作部261将更换结束信号输出到机床控制装置3。由此，机床1封闭门1b，开始工件W的加工。作业动作部263在准备动作开始前，向伺服电动机20输出控制信号来驱动机器人2，执行其他的作业。

图4是表示由机床控制装置3所执行的处理(机床控制处理)以及由机器人控制装置4所执行的处理(机器人控制处理)的一例的流程图。首先说明机床控制处理。

在步骤S1，通过信号输出部12的处理，向机器人控制装置4的输入部21发送加工开始信号。这时候，封闭门1b。在步骤S2，通过动作指令部11的处理，按照预先决定的加工程序来控制机床1，执行工件W的加工。工件W的加工结束时，在步骤S3通过信号输出部12的处理，对输入部21发送加工结束信号，并且通过动作指令部11的处理，向门驱动用的致动器输出打开信号，打开门1b。之后，直到从机器人控制装置4的动作指令部26发送工件W的更换结束信号为止，机床1不进行动作而待机。能够防止工件更换作业中的机器人2对机床1产生不希望的干扰。

在步骤S4，接收到更换结束信号时，通过动作指令部11的处理将封闭信号输出给门驱动用的致动器，封闭门1b。接着，返回步骤S1，重复同样的处理。通过重复的处理，机床1对通过机器人2搬运来的新的工件W进行加工。

接着，说明机器人控制处理。在步骤S11，输入部21接收到从机床1发送来的加工开始信号时，将当前时刻作为加工开始时刻存储在存储部22中后，进入步骤S12。在步骤S12，通过加工结束时刻预测部23的处理，根据存储在存储部22中的加工开始时刻和加工结束时刻之间的差来计算与工件W的品种以及机床1的类别对应的加工时间的平均值，将该加工时间与当前时刻(加工开始时刻)相加，由此预测加工结束时刻。接着，在步骤S13，通过准备动作时间预测部24的处理，根据存储在存储部22中的准备开始时刻和准备结束时刻之间的差来计算与工件W的品种以及机床1的类别对应的准备动作时间的平均值，预测准备动作时间。

在步骤S14，通过准备开始时刻决定部25的处理，从加工结束时刻减去准备动作时间来决定准备动作开始时刻。接着，在步骤S15，通过比较部250的处理，判定当前时刻是否达到了准备动作开始时刻。如果步骤S15为否定则进入步骤S16，通过作业动作部263的处理，使机器人2进行其它的作业。如果步骤S15为肯定则进入步骤S17，准备开始时刻决定部25输出准备动作开始指令，通过准备动作部262的处理开始准备动作，并且将当前时刻作为准备动作开始时刻存储在存储部22中。由此，将工件W从初始位置P0搬运到第一位置P1。如果准备动作结束，则将该时刻作为准备动作结束时刻存储在存储部22中。

准备动作结束后，在步骤S18，输入部21接收到加工结束信号时，进入步骤S19。在步骤S19，通过工件更换动作部261的处理，使机器人2进行工件更换动作。由此，将工件W从第一位置P1搬运到第二位置P2。如果工件更换动作结束，则进入步骤S20，工件更换动作部261对机床控制装置3发送更换结束信号。接着，返回步骤S11，重复同样的处理。

根据本实施方式，能够达到以下的作用效果。

(1)加工系统100具备控制机床1的机床控制装置3、控制机器人2的机器人控制装置4。机床控制装置3具有在工件W的加工开始时输出加工开始信号的信号输出部12。另一方面，机器人控制装置4具有：动作指令部26，其输出机器人2的动作指令，以便进行将工件W从初始位置P0搬运到第一位置P1的准备动作和将工件W从第一位置P1搬运到第二位置P2的工件更换动作；加工结束时刻预测部23，其根据从信号输出部12输出的加工开始信号来预测机床1中的工件W的加工结束时刻；准备动作时间预测部24，其预测机器人2的准备动作所需要的时间；准备开始时刻决定部25，其根据所预测的加工结束时刻和所预测的准备动作时间，决定使得准备动作在加工结束时刻准结束准备动作的开始时刻。由此，机器人2在结束准备动作之后立即进行工件更换动作，因此能够消除准备动作结束后的机器人2的待机时间，提高机器人2的运转效率。

(2)机器人控制装置4具有存储部22，其存储与从信号输出部12输出的加工开始信号和加工结束信号分别对应的加工开始时刻和加工结束时刻，加工结束时刻预测部23根据存储在存储部22中的、关于已经加工结束了的工件W的加工开始时刻和加工结束时刻，预测加工中的工件W的加工结束时刻，所以能够容易地预测加工结束时刻。

(3)存储部22根据从信号输出部12输出的工件识别信号，按照每个工件类别来存储加工开始时刻和加工结束时刻，加工结束时刻预测部23根据存储在存储部22且、关于已经加工结束了的与加工中的工件W相同种类的工件W的加工开始时刻和加工结束时刻，预测加工中的工件W的加工结束时刻，所以能够高精度地预测加工结束时刻。

(4)存储部22在每次进行准备动作时存储其开始时刻和结束时刻，准备动作时间预测部24根据存储在存储部22中的过去的准备开始时刻和准备结束时刻，预测这次的准备动作时间，所以能够容易地预测准备动作时间。

(5)机器人2在从机床1接收到加工结束信号后进行工件更换动作(步骤S18，步骤S19)，因此即使是在加工结束时刻和准备动作时间的预测值与实际的加工结束时刻和准备动作时间不同的情况下，机器人2在机床1结束加工之前也不开始工件更换动作，安全性较强。

(6)机器人2进行其它的作业，直到当前时刻达到准备动作开始时刻为止(步骤S15，步骤S16)，所以能够缩短准备动作开始前的待机时间，这点也提高机器人2的运转效率。

另外，在上述实施方式中，在多个机床1中设置信号输出部12，在工件W的加工开始时输出加工开始信号，但是机床1也可以是1台。在上述实施方式中，通过准备动作(第一动作)将工件W搬运到与机床1的门1b面对的第一位置P1，但是可以不在机床1上设置门1b，只要是机床1的加工区域1a的附近，则第一位置P1不限于上述情况。因此，通过工件更换动作(第二动作)将工件W从第一位置P1搬运到加工区域1a的第二位置P2时，机器人2可以不经由机床1的门1b进行第二动作。即，动作指令部26所包括的准备动作部262和工件更换动作部261的结构不限于上述结构。

在上述实施方式中，将已经进行了加工的工件W的加工开始信号和加工结束信号存储在作为加工时刻存储部的存储部22中，根据存储在存储部22中的这些加工开始信号和加工结束信号，预测加工中的工件W的加工结束时刻，但是只要根据从信号输出部12输出的加工开始信号预测机床1中的工件W的加工结束时刻，则作为时刻预测部的加工结束时刻预测部23的结构可以是任意的结构。在上述实施方式中，根据作为搬运时间存储部的存储部22中所存储的准备动作所需要的时间、即作为准备开始时刻和准备结束时刻之间的差的过去第一动作时间，预测了这次的准备动作所需要的第一动作时间，但是作为时间预测部的准备动作时间预测部24的结构不限于此。

在上述实施方式中，根据由加工结束时刻预测部23预测的加工结束时刻和由准备动作时间预测部24预测的准备动作时间，决定使准备动作在加工结束时刻结束的准备动作开始时刻，但是作为时刻决定部的准备开始时刻决定部25的结构不限于上述情况。将工件W搬运到机床1的机器人2的结构以及机床1的结构不限于上述情况，本发明能够应用于具备各种机床控制装置和机器人控制装置的加工系统。

根据本发明，机床在加工结束的时刻结束机器人的第一动作，因此加工结束后机器人立刻能够开始第二动作，能够提高机器人的运转效率。

可以任意地组合上述实施方式和变形例的1个或多个。

以上，将本发明与其优选的实施方式关联地进行了说明，但是本领域技术人员应理解能够不脱离请求专利保护的范围所公开的范围而进行各种修改和变更。

Claims (2)

1.一种加工系统，具备控制机床的机床控制装置和控制机器人的机器人控制装置，该加工系统的特征在于，

上述机床控制装置具有在工件的加工开始时输出加工开始信号的信号输出部，

上述机器人控制装置具有：

动作指令部，其输出上述机器人的动作指令，以便进行将工件从初始位置搬运到与上述机床相邻的第一位置的第一动作和将搬运到上述第一位置的上述工件搬运到上述机床的加工区域内的第二位置的第二动作；

时刻预测部，其根据从上述信号输出部输出的上述加工开始信号来预测上述机床的工件的加工结束时刻；

时间预测部，其预测上述机器人的上述第一动作所需要的时间；以及

时刻决定部，其根据由上述时刻预测部所预测的上述加工结束时刻和由上述时间预测部所预测的上述时间，决定上述第一动作的开始时刻，使得上述第一动作在上述加工结束时刻结束，

上述信号输出部进而在工件的加工结束时输出加工结束信号，

上述机器人控制装置还具有加工时刻存储部，其存储与从上述信号输出部输出的上述加工开始信号和上述加工结束信号分别对应的加工开始时刻和加工结束时刻，

上述加工时刻存储部针对每个机床存储上述加工开始时刻和上述加工结束时刻，

上述时刻预测部根据针对每个机床存储在上述加工时刻存储部中的、关于已经结束加工的相同种类的工件的加工的加工开始时刻和加工结束时刻，预测加工中的工件的加工结束时刻，

上述机器人控制装置还具有搬运时间存储部，其在每次上述第一动作结束时，存储该第一动作所需要的第一动作时间，

上述时间预测部根据存储在上述搬运时间存储部中的过去的第一动作时间，预测这次的上述第一动作所需要的时间。

2.根据权利要求1所述的加工系统，其特征在于，

上述信号输出部除了输出上述加工开始信号和上述加工结束信号，还输出与工件种类对应的工件识别信号，

上述加工时刻存储部根据从上述信号输出部输出的上述工件识别信号，按照每个工件种类存储上述加工开始时刻和上述加工结束时刻，

上述时刻预测部根据存储在上述加工时刻存储部中、且关于与加工中的工件相同种类的已经结束加工的工件的加工开始时刻和加工结束时刻，预测加工中的工件的加工结束时刻。