CN105033739B - 门开闭装置和加工系统 - Google Patents

Abstract

提供一种门开闭装置和加工系统，该门开闭装置具有对门进行开闭驱动的电动马达、在电动马达对门进行开闭驱动的期间检测施加到电动马达的负载扭矩的检测部、执行检测出的负载扭矩是否超过预先设定的基准值的判定的判定部、以及在检测出的负载扭矩超过基准值的情况下，控制电动马达使其产生与检测出的负载扭矩相同方向的驱动扭矩来使电动马达停止的停止控制部。

Description

门开闭装置和加工系统

技术领域

本发明涉及一种具备通过电动马达进行开闭的门的门开闭装置。

背景技术

NC车床和加工中心等机床大多被包装罩包围，该包装罩防止在工件加工中使用的切削液以及由于工件加工而产生的切削屑等飞散到周边环境。通常，机床的包装罩具备自动开闭式的门，在工件加工中关闭门，另一方面，在更换工件时打开门。而且，通过与机床相邻设置的自动更换装置更换工作台上的工件。关于此，在JP-A-2008-207270中提出了以下一种机床用的门装置，该门装置具备通过气压缸被驱动而进行开闭的滑动门以及通过其它气压缸被驱动而使滑动门停止的制动器。具体地说，JP-A-2008-207270的门装置在滑动门碰撞到障碍物时，在停止对滑动门用的气压缸供给空气的同时开始对制动器用的气压缸供给空气。另外，在JP-U-H05-74744中提出了以下一种自动开闭门装置，该自动开闭门装置具备通过气缸被驱动的主门以及通过相比于主门推力小的气缸被驱动的小型且轻量的辅门。更具体地说，JP-U-H05-74744的门装置只在辅门被关闭时能够关闭主门，由此防止使用者被大型且重量大的主门夹住。

然而，难以精密地控制气压式的门的动作，因此为了防止气压式的门碰撞到障碍物而损坏，需要使门的开闭速度极小。因此，在采用JP-A-2008-207270的门装置的情况下，担心更换机床的工件的周期长期化。另外，在JP-A-2008-207270的装置中，需要滑动门用和制动器用两个气压回路，在JP-U-H05-74744的装置中，除了主门以外还需要辅门，因此装置整体的结构复杂化而制造成本增加。

需要一种具备能够高速进行开闭的门且能够使碰撞到障碍物的门迅速地停止的门开闭装置。

发明内容

根据本发明的第一方式，提供一种门开闭装置，其具有：电动马达，其对门进行开闭驱动；检测部，其在电动马达对门进行开闭驱动的期间检测施加到电动马达的负载扭矩；判定部，其执行检测出的负载扭矩是否超过预先设定的基准值的判定；停止控制部，在检测出的负载扭矩超过基准值的情况下，该停止控制部控制电动马达使其产生与检测出的负载扭矩相同方向的驱动扭矩来使电动马达停止。

根据本发明的第二方式，提供如下一种门开闭装置：在第一方式中，判定部在电动马达对门进行开闭驱动的期间以规定的周期反复执行判定。

根据本发明的第三方式，提供如下一种门开闭装置：在第一或第二方式中，设定与门的移动行程中的位置相应的多个不同的值作为基准值。

根据本发明的第四方式，提供如下一种门开闭装置：在第一～第三方式中的任一方式中，设定与门的移动速度相应的多个不同的值作为基准值。

根据本发明的第五方式，提供如下一种门开闭装置：在第一～第四方式中的任一方式中，电动马达为伺服马达。

根据本发明的第六方式，提供一种加工系统，其具备：加工机，其具有第一～第五方式中的任一方式中的门开闭装置；以及搬运装置，其能够执行以下动作：将加工机加工前的工件从门搬入到加工机的内侧，以及将加工机加工后的工件从门搬出到加工机的外侧。

根据本发明的第七方式，提供如下一种加工系统：在第六方式中，搬运装置为机器人。

这些以及其它本发明的目的、特征及优点通过参照附图所表现的本发明的例示性的实施方式的详细说明会变得更明确。

附图说明

图1表示包括本发明的一个实施方式的门开闭装置的加工系统的外观的立体图。

图2是表示用于控制图1中的门开闭装置的电动马达的系统结构的框图。

图3是用于说明图2的门开闭装置中的停止控制部使电动马达紧急停止的过程的第一概要图。

图4是用于说明图2的门开闭装置中的停止控制部使电动马达紧急停止的过程的第二概要图。

具体实施方式

下面，参照附图详细地说明本发明的实施方式。在各附图中，对相同的结构要素标注相同的符号。此外，下面的记载并不限定权利要求书所记载的发明的技术范围、用语的意义等。

参照图1～图3，说明本发明的一个实施方式的门开闭装置。图1是表示包括本实施方式的例示性的门开闭装置13的加工系统100的外观的立体图。如图1所示，本例的加工系统100具备各种加工机10以及与加工机10相邻配置的搬运装置20。关于这些在下面依次进行说明。

首先，说明本例的加工机10。本例的加工机10为加工各种工件的加工中心或者NC车床等机床。如图1所示，本例的加工机10被包装罩11包围，该包装罩11防止在工件加工中使用的切削液以及由于工件加工而产生的切削屑等飞散到周边环境，在包装罩11的与搬运装置20相对的相对面11a形成有将包装罩11的内侧和外侧连通的开口部12。而且，在包装罩11的相对面11a安装有打开或者关闭开口部12的门开闭装置13。下面详细说明本例的门开闭装置13。

如图1所示，本例的门开闭装置13具备：矩形板状的门131，其以能够沿着图中的箭头A10所表示的方向往复移动的方式安装于包装罩11；电动马达132，其固定在包装罩11的与开口部12相邻的位置处；以及开闭机构部133，其与电动马达132的旋转轴和门131这两者连结以将电动马达132的旋转驱动力传递到门131。在此，本例的电动马达132为同步型AC伺服马达、感应型AC伺服马达或者DC伺服马达等各种伺服马达，具备编码器或者旋转变压器等各种检测器。电动马达132的检测器检测出的与旋转轴的位置和速度等有关的信息能够使用于后述的由移动控制部32进行的电动马达132的反馈控制。

另外，本例的开闭机构部133为具备丝杠以及螺母的滚珠丝杠，该丝杠以能够绕与图中的箭头A10所表示的方向平行的旋转轴线旋转的方式安装于包装罩11，该螺母经由托架固定于门131。而且，本例的开闭机构部133的丝杠以与电动马达132的旋转轴一体地旋转的方式连结于电动马达132的旋转轴。由此，电动马达132的旋转轴的旋转运动被转换为门131的直线运动。即，本例的门131构成为通过经由开闭机构部133传递的电动马达132的驱动力而在开口部12完全打开的打开位置与开口部12完全关闭的关闭位置之间往复运动。此外，图1中示出处于关闭位置的门131。

接着，说明本例的搬运装置20。如图1所示，本例的搬运装置20为垂直多关节机器人，具备固定于地面的基座21、以能够绕规定的回转轴线旋转的方式安装于基座21的臂22以及以能够绕规定的旋转轴线旋转的方式安装于臂22的顶端部的手23。而且，本例的搬运装置20通过基座21与臂22配合来变更手23的位置和姿势，由此将手23所把持的各种物品搬运到门131的内侧与外侧之间。

更具体地说，本例的搬运装置20在门131位于打开位置时，能够执行以下动作：通过使把持了未加工的工件的手23从开口部12移动到包装罩11的内侧来将未加工的工件搬入到加工机10的内侧；以及通过使把持了加工好的工件的手23从开口部12移动到包装罩11的外侧来将加工好的工件搬出到加工机10的外侧。下面，有时将基于搬运装置20的前者的动作称作搬入动作，将后者的动作称作搬出动作。此外，本实施方式的加工系统100的搬运装置20可以是任何能够执行上述的搬入动作和搬出动作这两者的机械装置，例如也可以是包括水平多关节机器人和正交机器人等的其它种类的机器人。

接着，说明本实施方式的门开闭装置13的系统结构。图2是表示用于控制图1中的门开闭装置13的电动马达132的系统结构的一例的框图。如图2所示，在本例的门开闭装置13中，作为用于控制电动马达132的结构要素而具有存储部31、移动控制部32、检测部33、判定部34以及停止控制部35。关于这些在下面依次进行说明。首先，本例的存储部31为ROM和RAM等的数据存储领域，保存包括后述的负载扭矩的基准值的各种数据。

接着，本例的移动控制部32具有以下功能：生成用于使门131从关闭位置移动到打开位置的控制信号以及用于使门131从打开位置移动到关闭位置的控制信号，并发送到电动马达132。而且，接收到前者的控制信号的电动马达132使处于关闭位置的门131以固定的加速度加速后匀速移动，接着，使匀速移动的门131以固定的加速度减速后停止在打开位置。同样地，接收到后者的控制信号的电动马达132使处于打开位置的门131以固定的加速度加速后匀速移动，接着，使匀速移动的门以固定的加速度减速后停止在关闭位置。此时，通过执行基于从电动马达132侧的检测器获取到的信息的反馈控制，能够精密且容易地调节电动马达132的驱动扭矩和转速等。由此，能够精密且容易地调节门131的加速度和移动速度等。前者的控制信号例如在由加工机10进行的工件加工结束后生成，后者的控制信号例如在由搬运装置20进行的工件的搬入动作或者搬出动作完成后生成。

接着，本例的检测部33具有检测施加到电动马达132的负载扭矩的功能。在此所说的负载扭矩包括由于施加到门131和开闭机构部133的各部分的摩擦力而产生的扭矩、以及由于施加到门131和开闭机构部133的各部分的外力而产生的扭矩这两者。更具体地说，本例的检测部33测量流过电动马达132的电流，基于其测量值检测负载扭矩。即，本例的检测部33利用相应于施加到伺服马达的负载扭矩增大而流过伺服马达的电流值增大这个特性，来检测施加到电动马达132的负载扭矩。但是，检测部33也可以通过与上述的方法不同的方法来检测施加到电动马达132的负载扭矩。例如，检测部33也可以通过安装于电动马达132的旋转轴的应变仪等传感器来测量旋转轴产生的应变的大小，基于其测量值检测负载扭矩。此外，在本说明书中，将由于电动马达132的驱动力而产生的扭矩与上述的负载扭矩区别地称作驱动扭矩。

接着，本例的判定部34具有判定通过上述的检测部33检测出的负载扭矩是否超过预先保存在存储部31的基准值的功能。而且，本例的判定部34在电动马达132根据移动控制部32的控制信号对门131进行开闭驱动的期间，以规定的周期反复执行上述的判定。判定部34的判定结果被发送到停止控制部35。上述的负载扭矩的基准值例如比由于施加到移动中的门131和开闭机构部133的各部分的摩擦力而可能产生的负载扭矩的最大值大，并且比在移动中的门131碰撞到位于行进方向的前方的障碍物时由于从障碍物施加到门131的反作用力而可能产生的负载扭矩的最小值小。由此，基于判定部34的判定结果，能够判定移动中的门131是否碰撞到障碍物。即，在由检测部33检测出的负载扭矩超过基准值的情况下，可知移动中的门131碰撞到了障碍物。在此所说的障碍物包括搬运装置20的臂22或者手23、操作员的身体的一部分以及从搬运装置20的手23落下的工件等。

此外，预先设定的负载扭矩的基准值不需要在基于电动马达132的门131的整个移动行程中为共同的值。即，也可以预先设定与上述的移动行程中的门131的位置相应的多个不同的基准值。在此，紧接在处于打开位置或者关闭位置的门131开始移动之后，即在电动马达132加速的期间，电动马达132的驱动扭矩逐渐变大，然后，随着门131接近匀速，电动马达132的驱动扭矩逐渐变小。当门131达到匀速时，电动马达132的驱动扭矩为比较小的值且大致固定。另外，在朝向关闭位置或者打开位置移动中的门131即将停止时，即在电动马达132减速的期间，电动马达132产生方向与到当前为止的旋转方向相反的驱动扭矩。更具体地说，当门131进入减速时，电动马达132的驱动扭矩向相反方向逐渐变大，然后，随着门131的速度变慢，电动马达132的驱动扭矩从相反方向的大值逐渐减小到0附近。

当考虑这些点时，认为例如将紧接在从处于打开位置或者关闭位置的门131开始移动之后到门131达到匀速为止的基准值设定为在逐渐变大之后逐渐变小是有用的，将门131匀速移动的期间的基准值设定为固定保持在较小的值是有用的。而且，认为将门131即将停止时的基准值设定为从紧接在门131进入减速之后到即将停止为止向相反方向逐渐变大并且随着门131的移动速度变慢而逐渐减小到0附近是有用的。另外，当门131的移动速度变快时，电动马达132的驱动扭矩变大，另一方面，当门131的移动速度变慢时，电动马达132的驱动扭矩变小。当考虑这一点时，认为设定与门131的移动速度相应的多个不同的基准值也是有用的。认为将这种情况下的基准值例如设定为随着门131的移动速度变快而变大、随着门131的移动速度变慢而变小是有用的。

接着，本例的停止控制部35具有根据判定部34的判定结果使根据移动控制部32的控制信号对门131进行开闭驱动的电动马达132紧急停止的功能。更具体地说，本例的停止控制部35在由检测部33检测出的负载扭矩超过基准值的情况下，生成要产生与该负载扭矩的旋转方向相同方向的驱动扭矩的控制信号，并发送到电动马达132。因而，在由检测部33检测出的负载扭矩超过基准值的情况下，电动马达132产生用于使旋转轴向与到当前为止的旋转方向相反的方向旋转的驱动扭矩。此时的驱动扭矩的大小例如能够设为电动马达132能够输出的驱动扭矩的最大值。由此，旋转中的电动马达132迅速地停止，其结果，由于移动中的门131迅速地停止，因此能够防止门131和门131碰撞到的障碍物(例如搬运装置20的手23)损伤。

接着，说明本实施方式的门开闭装置13中的电动马达132的动作的概要。图3为用于说明图2的门开闭装置13中的停止控制部35使电动马达132紧急停止的过程的第一概要图，示出沿着图1中的加工机10的水平方向的截面。但是，在图3中，省略了包装罩11的内侧的加工机10的结构部和门开闭装置13的开闭机构部133等。如图3所示，当从打开位置朝向关闭位置沿箭头A31的方向移动中的门131碰撞到位于行进方向的前方的搬运装置20的手23时，由于从作为障碍物的手23向门131施加的反作用力，对电动马达132的旋转轴施加方向与到当前为止的旋转方向相反的负载扭矩。即，对电动马达132的旋转轴施加要使门131沿箭头A32的方向移动的负载扭矩。如上所述，本例的判定部34以规定的周期反复执行施加到电动马达132的负载扭矩是否超过基准值的判定，因此紧接在门131碰撞到手23之后，判定部34的判定结果被发送到停止控制部35。

图4是用于说明图2的门开闭装置13中的停止控制部35使电动马达132紧急停止的过程的第2概要图，示出与图3相同的截面。如上所述，本例的停止控制部35如果接收到施加于电动马达132的负载扭矩超过了基准值的判定结果，则生成要产生与该负载扭矩相同方向的驱动扭矩的控制信号，并发送到电动马达132。而且，接收到停止控制部35的控制信号的电动马达132产生与施加到旋转轴的负载扭矩相同方向、即方向与到当前为止的旋转方向相反的驱动扭矩，由此使旋转轴停止。这样，在从打开位置朝向关闭位置移动中的门131碰撞到了障碍物的情况下，如图4的箭头A40所示，电动马达132产生使门131朝向打开位置移动的方向的驱动扭矩。由此，门131迅速地停止，因此能够防止门131和手23损伤。

此外，由图4可知，由于门131与手23碰撞时施加到两者的冲击，门131可能向远离手23的方向相对移动微小距离后停止。但是，本例的停止控制部35可以控制电动马达132使得门131在进一步远离手23的位置停止，也可以控制电动马达132使得门131在移动到打开位置后停止。由此，能够在门131与手23之间确保足够的距离，因此能够防止门131与手23再次碰撞。

在图3和图4中，说明了从打开位置朝向关闭位置移动的门131碰撞到障碍物时的电动马达132的动作，但是从关闭位置朝向打开位置移动的门131碰撞到障碍物时的电动马达132的动作也与此相同。即，在从关闭位置朝向打开位置移动中的门131碰撞到障碍物的情况下，电动马达132产生使门131朝向关闭位置移动的方向的驱动扭矩。在这种情况下也由于门131迅速地停止，因此能够防止门131和障碍物损伤。

(发明的效果)

根据本发明的第一方式，在施加到电动马达的负载扭矩超过基准值的情况下，通过电动马达产生与负载扭矩相同方向的驱动扭矩来使电动马达的旋转轴和门停止。因而，根据第一方式，能够在通过电动马达被进行开闭驱动的门碰撞到障碍物时使门迅速地停止，因此能够防止由于从障碍物施加到门的反作用力而使门损伤。

根据本发明的第二方式，负载扭矩是否超过基准值的判定在门的开闭驱动中反复执行，因此无论在门的移动行程中的哪个位置发生了碰撞，均能够使门迅速地停止。

根据本发明的第三方式，由于能够设定与门的移动行程中的位置相应的不同的基准值，因此即使在门与障碍物碰撞时施加到门的反作用力的大小根据门的位置而变化的情况下，也能够可靠地判定是否存在门与障碍物的碰撞。

根据本发明的第四方式，由于能够设定与门的移动速度相应的不同的基准值，因此即使在门的移动速度的变化量大的情况下，也能够可靠地判定是否存在门与障碍物的碰撞。

根据本发明的第五方式，采用各种伺服马达作为电动马达，因此能够容易地控制电动马达的转速和驱动扭矩等。

根据本发明的第六方式，由于能够在通过电动马达被进行开闭驱动的门碰撞到搬运装置时使门迅速地停止，因此能够防止门和搬运装置各自发生损伤。

根据本发明的第七方式，采用包括垂直多关节机器人的各种的机器人作为搬运装置，因此能够简易地构建自由度高的加工系统。

本发明并不只限于上述的实施方式，在权利要求书中记载的范围内能够进行各种改变。例如，具有本发明的门开闭装置13的加工机10并不只限于上述的加工中心或者NC车床等机床，也可以为任何能够加工各种工件的装置。在此所说的加工不只限于机械加工，是指给工件带来任何物理变化的加工。因而，具有本发明的门开闭装置13的加工机10例如也可以是工件的涂装装置或者清洗装置等。另外，本发明的门开闭装置13中的开闭机构部133不只限于具有上述的丝杠方式的机构部，也可以为任何能够将电动马达132的旋转运动转换为门131的直线运动的机构部。例如，本发明的门开闭装置13中的开闭机构部133也可以为齿轮齿条方式的机构部。并且，上述的各部的尺寸、形状和材质等只是一个例子，为了实现本发明的效果，能够采用多种尺寸、形状和材质等。

Claims (6)

1.一种门开闭装置，具有：

电动马达，其对门进行开闭驱动；

开闭机构部，其将上述电动马达的驱动力传递到上述门；

检测部，其在上述电动马达对上述门进行开闭驱动的期间检测施加到上述电动马达的负载扭矩；

判定部，其执行检测出的负载扭矩是否超过预先设定的基准值的判定；

停止控制部，在检测出的负载扭矩超过上述基准值的情况下，该停止控制部控制上述电动马达使其产生与检测出的负载扭矩相同方向的驱动扭矩来使上述电动马达停止，

其中，上述负载扭矩包括由于施加到上述门和上述开闭机构部的各部分的摩擦力而产生的扭矩、以及由于施加到上述门和上述开闭机构部的各部分的外力而产生的扭矩这两者，上述驱动扭矩为由于上述电动马达的驱动力而产生的扭矩，

其中，设定与上述门的移动行程中的位置相应的多个不同的值作为上述基准值，并且将紧接在从处于打开位置或者关闭位置的上述门开始移动之后到上述门达到匀速为止的基准值设定为在逐渐变大之后逐渐变小，将上述门即将停止时的基准值设定为从紧接在上述门进入减速之后到即将停止为止向相反方向逐渐变大并且随着上述门的移动速度变慢而逐渐减小到0附近，

其中，上述判定部在上述电动马达对上述门进行开闭驱动的期间以规定的周期反复执行上述判定。

2.根据权利要求1所述的门开闭装置，其特征在于，

上述电动马达为伺服马达。

3.一种门开闭装置，具有：

电动马达，其对门进行开闭驱动；

开闭机构部，其将上述电动马达的驱动力传递到上述门；

检测部，其在上述电动马达对上述门进行开闭驱动的期间检测施加到上述电动马达的负载扭矩；

判定部，其执行检测出的负载扭矩是否超过预先设定的基准值的判定；

停止控制部，在检测出的负载扭矩超过上述基准值的情况下，该停止控制部控制上述电动马达使其产生与检测出的负载扭矩相同方向的驱动扭矩来使上述电动马达停止，

其中，上述负载扭矩包括由于施加到上述门和上述开闭机构部的各部分的摩擦力而产生的扭矩、以及由于施加到上述门和上述开闭机构部的各部分的外力而产生的扭矩这两者，上述驱动扭矩为由于上述电动马达的驱动力而产生的扭矩，

其中，设定与上述门的移动速度相应的多个不同的值作为上述基准值，并且将上述基准值设定为随着上述门的移动速度变快而变大、随着上述门的移动速度变慢而变小，

其中，上述判定部在上述电动马达对上述门进行开闭驱动的期间以规定的周期反复执行上述判定。

4.根据权利要求3所述的门开闭装置，其特征在于，

上述电动马达为伺服马达。

5.一种加工系统，具备：

加工机，其具有根据权利要求1～4中的任一项所述的门开闭装置；以及

搬运装置，其能够执行以下动作：将上述加工机加工前的工件从上述门搬入到上述加工机的内侧，以及将上述加工机加工后的工件从上述门搬出到上述加工机的外侧。

6.根据权利要求5所述的加工系统，其特征在于，

上述搬运装置为机器人。