CN106475854B - 具有加工精度维持功能的加工系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有加工精度维持功能的加工系统，是具备不管刀具的磨损程度如何均能够良好地维持加工精度的功能的加工系统。使用在机器人上搭载的摄像机，对在机床中使用的未使用刀具进行拍摄，取得成为基准的刀具的摄像图像，接着，取得在实施预定次数量的加工之后的刀具的摄像图像。根据两个摄像图像来计算每一次加工的刀具的平均磨损量，进行当前的刀具磨损量的推定计算。根据该推定计算结果和预先输入的极限磨损量，计算当前使用中的刀具的剩余可加工次数，并向外部输出该计算结果。

Description

具有加工精度维持功能的加工系统
技术领域
本发明涉及具有机床和机器人，并具备该机床的加工精度维持功能的加工系统。
背景技术
在一般的机床中，为了调查加工刀具的磨损状态，操作者大多需要测量刀具的尺寸等。此外，刀具的寿命根据切削条件而大幅度改变，然而，按照每种工件或切削条件来调查磨损量并根据该调查结果来修正下一次的加工程序的作业非常耗费工时。因此，实际上大多根据从某切削条件下的加工实绩而经验性得到的加工刀具的寿命，求出加工刀具的使用限度时间(经验性得到的刀具寿命)，如果加工刀具的使用时间达到了该使用限度时间则将加工刀具更换为新品。
作为与此相关联的现有技术，在日本特开平09-085584号公报中公开了如下技术，通过摄像单元对接下来要使用的刀具(tool)进行拍摄，根据基于该摄像而得的刀具图像数据通过刀具确定部来对刀具进行识别确定，通过判别单元判别由刀具确定部确定出的刀具和通过NC程序中预先记述的刀具数据而确定的刀具是否一致。
在日本特开2002-018680号公报中公开了一种机床，其具备：加工用的刀具、拍摄刀具的图像的摄像机、根据摄像机所拍摄出的图像来判定刀具是否发生了折损的图像处理运算部。
在日本特开平10-096616号公报中公开了一种意图非接触地自动检测在机床中安装的刀头的磨损或脱落的发生的系统，其中记载了，在保持将刀具安装于机床中的状态下或将刀具从机床拆卸后的状态下都能够进行刀具刀头的检查，在后者情况下，如果利用要向检查位置移送的机器人、或支持视觉传感器的投光部、摄影部等的机器人等，则能够使刀头的缺损检查及与其结果对应的刀头的更换自动化。
在日本特开平07-156067号公报中公开了一种磨削机器人的磨削刀具磨损量修正装置，其中记载了，当使砂轮接触磨削对象物在各个角度进行磨削时，利用光切断图像并使用磨损前和磨损后的轮廓信息来直接检测砂轮的磨损状态，计算与砂轮的各倾斜姿态对应的磨损量，并进一步根据该磨损量来计算磨损修正量，由此能够在磨削作业中高精度地自动修正砂轮的磨削位置。
在日本特开2014-075050号公报中公开了一种包含用于测量工件的形态的测量用机器人的加工系统，其中记载了，在加工装置进行机械加工的期间使用测量用机器人对接下来要加工的工件形态进行测量，因此，能够有效利用待机中的测量用机器人并行地进行测量和机械加工。
在日本特开2011-045988号公报中公开了，在机床内设置摄像单元，根据对切削刀具进行拍摄而得的图像数据来运算切削刀具的磨损量和位移量，来修正切削刀具的加工位置的手段。
此外，在日本特开2001-150299号公报中公开了一种刀具寿命管理装置，其具有：用于设定刀具的寿命长度的键盘、对安装在机床中的刀具的刀具长度进行测定的刀具长度测定探测器、根据设定的刀具的寿命长度和测定出的刀具长度来判定该刀具的寿命的CPU、以及根据CPU的判定结果来显示刀具的寿命信息的CRT。
现有的机床无法实现利用机床来识别刀具的磨损量并自动修正加工程序。作为其理由之一而举出：在切削液始终飞落的环境下，难以在确保可靠性的同时配置图像处理或接触式传感器等用于进行刀具的磨损量测定的传感器类。
因此，当前的一般处理方法是，在功能上可允许的误差范围内决定可允许的刀具的磨损量(寿命)，如果达到该磨损量则强制将刀具更换为新品。因此，随着时间的经过，加工精度恶化，并在临近刀具寿命的加工中加工精度为最差的情况下，有时会引起加工不良，无法使用工件。此外，由于加工刀具的磨损程度或寿命因工件的材质或切削条件而大幅度变化，因此也存在如果不实际试着进行加工则无法求出准确的寿命的问题。
日本特开平09-085584号公报和日本特开2002-018680号公报中记载的技术并不是使用机器人来进行刀具图像的取得的技术，并且也不是进行机床的加工程序的修正的技术。此外，日本特开平10-096616号公报中的技术也不进行加工程序的修正。
在日本特开平07-156067号公报所记载的发明中，被修正的程序是机器人的动作程序，与机床的加工程序不同。此外，在日本特开2014-075050号公报所记载的发明中，取得加工对象工件的图像，但是不取得刀具的图像。
日本特开2011-045988号公报所记载的技术对切削刀具的加工位置进行修正，然而关于使用机器人没有任何记载。此外，在日本特开2001-150299号公报中有显示刀具的寿命信息的主旨的记载，然而没有求取刀具的剩余可加工次数、可加工时间的主旨的记载。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种具备不管刀具的磨损程度如何均能够良好地维持加工精度的功能的加工系统。
为了实现上述目的，本发明提供一种加工系统，其具备：机床；对该机床进行工件的供给和排出的机器人；以及设置在所述机器人的可动部上并对所述机床的刀具进行拍摄的摄像装置，所述加工系统具备：图像处理部，其比较由所述摄像装置取得的成为基准的刀具的摄像图像与每当预定次数的加工结束时由所述摄像装置取得的刀具的摄像图像，来检测所述刀具的磨损量；修正部，其根据所述磨损量来修正所述机床的加工程序的刀具位置；以及输出部，其根据每一次加工的刀具磨损量，计算在到达预先设定的刀具的极限磨损量之前的剩余可加工次数，并向外部输出。
此外，本发明提供一种加工系统，其具备：机床；对该机床进行工件的供给和排出的机器人；以及设置在所述机器人的可动部上并对所述机床的刀具进行拍摄的摄像装置，所述加工系统具备：图像处理部，其比较由所述摄像装置取得的成为基准的刀具的摄像图像与每当经过预定的加工时间时由所述摄像装置取得的刀具的摄像图像，来检测所述刀具的磨损量；修正部，其根据所述磨损量来修正所述机床的加工程序的刀具位置；以及输出部，其根据每单位加工时间的刀具磨损量，计算在到达预先设定的刀具的极限磨损量之前的剩余可加工时间，并向外部输出。
在优选的实施方式中，在推定刀具磨损量与实测刀具磨损量之间的差值超过了预先确定的允许值的情况下，所述输出部将所述推定刀具磨损量置换为所述实测刀具磨损量，来推定剩余刀具寿命并进行输出，所述推定刀具磨损量是基于在对预定刀具进行拍摄的定时，将成为基准的刀具的摄像图像与预定次数或预定时间的加工结束时的所述刀具的摄像图像进行比较而得的刀具磨损量来进行推定而得出的刀具磨损量，所述实测刀具磨损量是通过所述预定次数或所述预定时间的加工结束时的摄像图像而得到的刀具磨损量。
附图说明
本发明的上述以及其他的目的、特征和优点，通过一边参照附图一边说明以下优选实施方式而变得更加明确。
图1是表示本发明的生产系统的一个实施方式的概略图。
图2是表示图1的加工系统中的加工处理的一例的流程图。
图3是表示在图1的加工系统中对加工程序进行修正的处理的一例的流程图。
图4a和图4b是说明机床的加工刀具的形状由于磨损而变化的例子的图。
图5是表示在图1的加工系统中输出刀具寿命的处理的一例的流程图。
具体实施方式
图1是表示本发明一个实施方式的加工系统10的结构的概略图。加工系统10具有：NC机床等机床12(侧面图)，对机床12进行工件14的供给和排出的机器人16。例如，机器人16是6轴的多关节机器人，具有机器人臂18和能够安装于机器人臂18的前端来保持工件14的机械手20，并被构成为能够在机床12中进行应该加工(未加工)的工件的供给、和在机床12中进行被加工(已加工)的工件的排出。此外，在图示例子中，机械手20是具有2个夹具的双机械手。
机器人16具有在安装了机器人臂18、机械手20的手腕部22等机器人16的可动部上设置的摄像机等摄像装置24，被构成为能够对机床12的加工刀具26进行拍摄来测定其形状。
如图1所示，通过机床控制装置28来控制机床12，机床控制装置28可具有后述的加工程序的修正功能、刀具寿命的外部输出(显示)功能。此外，通过机器人控制装置30来控制机器人16，机器人控制装置30可以具有后述的刀具图像的图像处理功能等。此外，机床控制装置28与机器人控制装置30被构成为可相互通信，并能够在合适的定时发送接收后述处理所需要的数据等。但是，修正功能(修正部)、外部输出功能(输出部)和图像处理功能(图像处理部)也可以设置在机床控制装置28和机器人控制装置30以外的装置中。
如图1所示，靠近机床12地设置机器人16。当机床12中的工件加工结束时打开机床12的门(通过虚线32概略图示)，机器人16(特别是机械手20和视觉传感器24)能够进入到机床12的内部。在机床12加工某工件的期间，机械手20能够以将加工结束后的已加工工件置于预定场所或者抓取未加工工件，而能够在某工件加工结束后迅速进行工件更换的方式，可高效率地进行事前准备作业。
机器人16被设置在机床12的外部，因此可以适当地操作(退避)机器人臂18，以使机器人16的手腕部22上搭载的摄像装置(摄像机)24不会被机床12中使用的切削液直接淋湿。因此，摄像装置24可以不必具备防水机构或镜头清洗单元等，成为比较简单的结构。此外，通过将摄像机24设置在机器人16的可动部上，能够在提高摄像方向的自由度的同时，在进行工件14的装载、卸载动作的期间每次对刀具进行拍摄，能够实现系统的效率化。
接着，一边参照图2的流程图，一边说明加工系统10中的加工工序的流程的一例。首先，当通过机床12开始工件的加工时，机器人16使用机械手20的2个夹具中的某一个(第一夹具)把持接着应该通过机床12加工的未加工工件，进行待机，直到机床12的加工结束为止(步骤S1)。此时，机械手20的另一个夹具(第二夹具)是什么都没把持的状态。当机床12中的加工结束时，机床12打开门32(步骤S2)，机器人16将未加工工件送入到机床12内(步骤S3)。
在接着的步骤S4中，使用机械手20的第二夹具(未把持未加工工件的夹具)从机床12中(更具体地，从保持有已加工工件的夹具等中)取出该已加工工件，并将机器人16送入的未加工工件设置(set)在机床中(更具体地，通过机床中设置的夹具等进行固定保持)(步骤S5)。
在接着的步骤S6中，使用机器人16上搭载的摄像机24对钻头等加工刀具26进行拍摄，通过图像处理等检测刀具形状。之后，机器人16使机器人臂18从机床12的加工作业区域退避(步骤S7)，机床12关闭门32，开始下一个工件的加工(步骤S8)。此外，机器人16将从机床12取出的已加工工件输送、容纳到预定场所(步骤S9)。
接着，一边参照图3、图4a和图4b，一边说明对机床12的加工程序进行修正的处理。首先，在步骤S11中，判定由摄像机24最后拍摄加工刀具26之后的加工次数是否达到了预定次数。在本实施例中，预定次数为10次。
在加工次数(被加工的工件的个数)达到了预定次数的情况下，通过摄像机24对加工刀具26(的形状)进行拍摄(步骤S12)。图4a和图4b示出了这样得到的加工刀具26的图像(形状)，具体地示出了图4a所示的加工刀具的形状26a在10次加工后如图4b所示通过磨损而变化为形状26b这样。
在接着的步骤S13中，通过比较前次的摄像图像(刀具形状)26a与本次的摄像图像(刀具形状)26b，计算由于进行预定次数(这里为10次)的加工而导致的刀具磨损量。接着，进行将所计算出的磨损量除以预定次数(10)的除法运算，由此计算每一次加工的平均刀具磨损量(步骤S14)。
在接着的步骤S15中，使用步骤S14中得到的平均磨损量，每当结束一次加工时，对机床12的加工程序进行修正。更具体地，每当一个工件的加工结束时，按照刀具磨损的量，将刀具位置修正到更靠近工件的位置。通过在进行了该修正后进行下一个工件的加工(步骤S16)，能够在不存在由于磨损导致的刀具加工位置的偏移的状态下进行各工件的加工，即使实际上刀具的磨损加剧，也能够始终维持加工精度高的状态。
此外，在步骤S11中加工次数未达到预定次数的情况下，前进到步骤S15，使用最后求出的平均磨损量来进行加工程序的修正。
这样，在本发明中，通过比较预定次数的加工前后的刀具的视觉数据(Visiondata)计算刀具磨损量，并将该刀具磨损量除以预定次数，由此能够计算每一次加工的平均磨损量。通过利用该计算出的平均磨损量的数据，在每次加工后(机床12的控制装置等)对加工程序中的加工刀具的位置、轨道进行修正，能够维持加工精度。
此外，在上述实施例中，每10次加工而进行加工刀具的拍摄，然而该预定次数也可以是其他次数。然而，当将预定次数设定为小值时，磨损量的推定精度升高，但每一次的磨损量变小，因而利用视觉传感器进行识别这一行为本身也可能会变得困难。因此，关于预定次数，考虑磨损量的推定精度和视觉传感器的测定精度之间的平衡，并进一步考虑加工刀具的形状、加工条件等，可以进行适当的设定、变更。
此外，关于对加工刀具进行拍摄的间隔，也可以不是上述这样的加工次数，而是每当经过预定的加工时间(实际通过刀具加工工件的时间)而进行，这种情况下，可以求出每单位加工时间的平均刀具磨损量。关于该加工时间，也可以考虑磨损量的推定精度和视觉传感器的测定精度之间的平衡来进行设定，例如设定为30分钟、1小时或2小时等值。
接着，一边参照图5，一边说明向外部输出机床12的加工刀具26的寿命的处理。首先，在步骤S21中，在机床12中设置新品(未使用)的加工刀具，将刀具寿命作为定量表示的值来输入极限磨损量(步骤S22)。例如，极限磨损量是根据经验等而预先确定的值，用户可以使用适当的输入手段将其输入到机床控制装置28等中。
接着，在步骤S23中，使用摄像机24对未使用的刀具(形状)进行拍摄，取得作为基准的该刀具的摄像图像(图像数据)。接着，在步骤S24中，实施预定次数的量(这里是10次)的加工，之后，拍摄刀具形状而取得摄像图像(步骤S25)。
在接着的步骤S26中，与图3的步骤S14同样地，通过比较成为基准的摄像图像(刀具形状)与预定次数加工后的摄像图像(刀具形状)，求出进行预定次数(这里是10次)的加工而导致的刀具的磨损量，将其除以预定次数，由此计算每一次加工的刀具的平均磨损量。接着，根据步骤S25中得到的刀具的摄像结果、步骤S26中求出的平均磨损量、以及在步骤S25的拍摄后进一步进行的加工次数(参照后述的步骤S29)，进行当前的刀具磨损量的推定计算(步骤S27)。之后，在接着的步骤S28中，根据步骤S22中输入的极限磨损量和步骤S27中的推定计算结果，计算当前使用中的刀具还能够进行几次加工(即剩余可加工次数)，并将该计算结果以用户等能够识别的方式向外部输出。
从步骤S25中的刀具拍摄起到进行预定次数(这里是10次)的加工为止，重复进行步骤S27和S28的处理(步骤S29)。之后，在接着的步骤S30中，利用视觉传感器对刀具形状进行再次拍摄，将该摄像结果与步骤S25中的摄像结果进行比较，由此计算实际的刀具磨损量。
在接着的步骤S31中，比较在步骤S30中求出的实际磨损量(实测刀具磨损量)和在步骤S27中求出的磨损量的推定值(推定刀具磨损量)，如果两者的差值超过了预先确定的允许值(例如刀具尺寸的变化量为0.1mm)，则将推定值置换为实测值之后返回到步骤S26的处理(步骤S31、S32)。
即，在图5的例中，设置新品刀具，从开始加工起直到10次加工结束为止，无法进行刀具寿命的推定，然而，通过在10次加工之后对刀具形状进行拍摄，与新品刀具的图像相比较来计算10次加工而导致的刀具磨损量，由此能够推定刀具寿命。此外，通过使用极限磨损量和当前的磨损量，可以输出剩余可加工次数作为刀具寿命，因此能够明确向用户表示还能够进行几次加工，也容易制定生产计划。
此外，预定加工次数需要1次以上(优选为多次)，然而不必设为固定值。例如，在想要尽快进行刀具寿命的推定等情况下，在将刀具更换为新品后立即将预定次数设定为2次、3次等比较少的次数而不设定为10次，在此之后，用户可以设定为10次等，自由地进行设定。
此外，推定磨损量与实际磨损量的差值有时会由于在机床中使用的切削液变少等干扰因素而成为无法忽视的差值，因此，在某定时将两者进行比较，在预定的范围内不一致的情况下，将推定磨损量置换为实际的磨损量，由此能够提高寿命推定精度。
此外，与图4a和图4b的例子同样地，在图5的例中，还可以进行使用预定的加工时间的处理，代替使用加工次数的处理。在该情况下，在步骤S24中以30分钟、1小时或2小时等预定时间进行加工，在步骤S26中求出每单位加工时间的刀具平均磨损量，在步骤S28中计算并输出剩余的可加工时间，并在步骤S29中判定是否从步骤S25起实施了预定时间的量的加工，然而，发明的基本概念与使用加工次数的情况是相同的。
此外，对于刀具寿命，用户能够设定，然而优选设定具有某程度的余量的数值。在达到了刀具寿命的情况下，使机床的控制部显示达到了刀具寿命的情况，并进行这样的设定：如果不进行预定作业就无法进行下一个加工，由此也能够防止由于利用磨损加剧的加工刀具错误地进行加工而发生的加工不良。
在上述实施方式中，在机床的旁边设置机器人，在机器人上搭载用于装载、卸载工件的机械手，还搭载摄像装置，使用该摄像装置直接对刀具进行拍摄。接着，比较成为基准的刀具图像(例如最近拍摄的刀具图像)与当前刚加工结束后的刀具图像来计算刀具的磨损量，使用该磨损量自动修正加工程序，并进行下一次的加工。此外，计算刀具的剩余加工次数(时间)，以用户能够识别的方式进行外部输出(画面显示等)。因此，在用户考虑为了高效率地提高生产率而最想知道的选定的刀具、确定的切削条件下，能够准确掌握可以不出现加工不良地进行几次加工。
以往，还存在调查刀具磨损量来输出是否到达了所设定的刀具寿命，由此高效率地进行刀具管理的方案，但以后能够不出现加工不良地进行几次加工的显示方法，对于用户来说容易理解，在使生产性为最大限度的方面和制定生产计划的方面也是有用的。此外，在使用了相同刀具的情况下，因切削速度或切削液等条件，刀具寿命也大幅度变化，因此，按照可加工次数(时间)，与预定的切削速度、切削液、被加工物的种类等信息一起输出的话，易于理解与各条件的因果关系，工件生产数量也易于管理，并易于制定生产计划。
此外，通过推定并输出在达到用户预先设定的使用极限磨损量之前的加工刀具的剩余可加工次数(时间)，向用户通知大概的刀具更换日期时间，用户能够事前准备更换用刀具或安排更换工时、更换定时等，因此能够消除停工期等浪费，提高生产性。
此外，在开始使用新品刀具之后，某经过时间的推定磨损量与通过该经过时间的刀具摄像而计算出的实际磨损量不一致的情况下，将推定磨损量置换为实际磨损量的值而始终进行修正，由此，即使在由于不可预见的干扰而导致发生异常磨损的情况下，也能够推定更加准确的最终刀具寿命。此外，由于在每次加工结束后进行拍摄，也可以节省每次都保管数据的工夫，因此，有助于削减每一个周期的周期时间，不需要大容量的存储器。
根据本发明，即使随着时间的经过刀具的磨损不断加剧，也能够不使加工精度恶化地，在刀具寿命快要结束之前维持加工精度。此外，由于能够使用实际的磨损量来修正加工程序，因此也可以考虑每次加工的磨损量的偏差等来进行修正。此外，由于能够事先掌握可利用当前刀具进行加工的工件的剩余数量、刀具寿命，因此能够进行工件生产数量的准确管理，并事前预先计划刀具更换所需要的工时、部件，有助于提高生产性。

Claims (3)

1.一种加工系统，具备：使用切削液的机床；机器人，其对该机床进行工件的供给和排出，并且具有可动部，该可动部构成为在机床进行加工时从所述机床的加工作业区域退避；以及摄像装置，其设置在所述机器人的所述可动部上并对所述机床的刀具进行拍摄，所述加工系统的特征在于，
所述加工系统具备：
图像处理部，其比较由所述摄像装置取得的成为基准的刀具的摄像图像与每当预定次数的加工结束时由所述摄像装置取得的刀具的摄像图像，来检测所述刀具的磨损量；
修正部，其根据所述磨损量来修正所述机床的加工程序的刀具位置；以及
输出部，其根据每一次加工的刀具磨损量，计算在到达预先设定的刀具的极限磨损量之前的剩余可加工次数，并向外部输出。
2.一种加工系统，具备：使用切削液的机床；机器人，其对该机床进行工件的供给和排出，并且具有可动部，该可动部构成为在机床进行加工时从所述机床的加工作业区域退避；以及摄像装置，其设置在所述机器人的所述可动部上并对所述机床的刀具进行拍摄，所述加工系统的特征在于，
所述加工系统具备：
图像处理部，其比较由所述摄像装置取得的成为基准的刀具的摄像图像与每当经过预定的加工时间时由所述摄像装置取得的刀具的摄像图像，来检测所述刀具的磨损量；
修正部，其根据所述磨损量来修正所述机床的加工程序的刀具位置；以及
输出部，其根据每单位加工时间的刀具磨损量，计算在到达预先设定的刀具的极限磨损量之前的剩余可加工时间，并向外部输出。
3.根据权利要求1或2所述的加工系统，其特征在于，
在推定刀具磨损量与实测刀具磨损量之间的差值超过了预先确定的允许值的情况下，所述输出部将所述推定刀具磨损量置换为所述实测刀具磨损量，来推定剩余刀具寿命并进行输出，所述推定刀具磨损量是基于在对预定刀具进行拍摄的定时，将成为基准的刀具的摄像图像与预定次数或预定时间的加工结束时的所述刀具的摄像图像进行比较而得的刀具磨损量来进行推定而得出的刀具磨损量，所述实测刀具磨损量是通过所述预定次数或所述预定时间的加工结束时的摄像图像而得到的刀具磨损量。
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