CN109571138B - 加工系统以及加工机的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及加工系统以及加工机的控制方法，能够防止由于机器人的动作引起的加工机加工精度下降、运转率下降。加工机控制装置具备：振动抑制控制部，其使工作台以及加工工具的至少一个动作，求出用于减少由分别设置在工作台以及工具驱动部上的振动传感器的至少一方测量到的工作台与加工工具之间的相对位置的变化的动作修正量；存储部，其存储振动抑制控制部求出的动作修正量；以及程序执行部，其在机器人进行预定动作期间，进行基于存储部所存储的动作修正量的振动抑制动作，并且执行加工程序。

Description

加工系统以及加工机的控制方法
技术领域
本发明涉及包括加工机的加工系统以及该加工机的控制方法。
背景技术
已知一种机器人系统(例如参照日本特开2010-036285号公报)，为了对机床进行工件的拆卸作业等，具有与机床内部或机床相邻配置的机器人。另外，也已知一种使用相邻配置在加工机上的机器人来去除/回收在加工机上产生的碎屑的技术(例如参照日本特开2016-168661号公报)。
另一方面，也已知一种机器人系统(例如日本特开2014-121788号公报)，使用惯性传感器来求出机器人的握持部与对象物之间的相对位置的偏离，为了抵消偏离而调整该相对位置。另外，已知一种具有学习控制功能的机器人(例如参照日本特开2011-167817号公报、日本特开2011-192267号公报)。
在包括机床等加工机以及机器人的加工系统中，在加工机进行工件的加工的期间，机器人会进行其他(加工完毕的)工件的去毛刺和清洗等作业。此时，通过使机器人动作而产生的振动会传给加工机，该加工机的加工精度会降低。此时，为了防止加工精度的下降，加工中会考虑停止机器人的动作或使机器人低速动作的措施，但是该措施导致系统整体的运转率下降(循环时间的延长)。
发明内容
本公开的一个方式为加工系统，具备：加工机，其具备能够相对移动的工件保持部以及加工工具，根据预定的加工程序，使用上述加工工具对保持在上述工件保持部上的工件进行加工；机器人，其构成为进行与上述加工机关联的预定动作；振动传感器，其测量上述工件保持部与上述加工工具之间的相对位置的变化；振动抑制控制部，其在上述机器人进行上述预定动作的期间，使上述工件保持部以及上述加工工具的至少一个动作，求出用于减少上述振动传感器测量到的上述相对位置的变化的动作修正量；存储部，其存储由上述振动抑制控制部求出的动作修正量；以及程序执行部，其在上述机器人进行上述预定动作的期间，进行基于上述存储部所存储的上述动作修正量的振动抑制动作，并且执行上述加工程序。
本公开的其他方式为一种加工机的控制方法，该加工机具备能够相对移动的工件保持部以及加工工具，根据预定的加工程序，使用上述加工工具岁保持在上述工件保持部上的工件进行加工，该控制方法包括以下步骤：在机器人进行与上述加工机关联的预定动作期间，测量上述工件保持部与上述加工工具之间的相对位置的变化；使上述工件保持部以及上述加工工具的至少一个动作，求出用于减少测量到的上述相对位置的变化的动作修正量；存储所求出的动作修正量；以及在上述机器人进行上述预定动作的期间，进行基于所存储的上述动作修正量的振动抑制动作，并且执行上述加工程序。
附图说明
通过按照附图说明以下的优选实施方式，能够更明确本发明的上述或其他的目的、特征以及优点。
图1表示实施方式的加工系统的结构例。
图2是表示图1的加工系统的处理一例的流程图。
图3是表示工作台与加工工具之间的相对位置的时间变化的一例的图表。
具体实施方式
图1表示优选实施方式的加工系统10的一个结构例。加工系统10具有机床等加工机12、在加工机12的内部或与加工机12相邻配置的机器人14，加工机12由与加工机12连接的加工机控制装置16来控制，机器人14由与机器人14连接的机器人控制装置17来控制。另外，加工机控制装置16和机器人控制装置17分别被例示为具有CPU以及存储器等的单独的装置(计算机)，但是也可以将两个控制装置作为实质一体的装置(计算机)来构成。
加工机12构成为，具有装载或能够保持加工对象物(工件)18的工件保持部(这里为工作台)20和对被装载在工作台20上的工件18进行切断、切削、开孔等预定加工的加工工具22，工作台20和加工工具22能够相对移动。图示例中，工作台20通过伺服电动机等2个电动机24以及26在水平面内(X方向以及Y方向)可移动地构成。另一方面，加工工具22可旋转地保持在通过伺服电动机等电动机28进行驱动的工具驱动部30上而构成，并且通过伺服电动机等电动机32在垂直方向(Z方向)可移动地构成。
作为机器人14，能够使用具有机器人臂等可动部的各种机器人，但是图示例的机器人14是垂直多关节机器人，具有基部34、可旋转地设置在基部34上的上臂36、可旋转地设置在上臂36的前端的前臂38以及设置在前臂38的前端上的机械手等末端执行器40，针对加工机12进行加工前或加工后的工件18进行预定作业。图示例中，机器人14配置在加工机12的加工室42内，通过机械手40握持工作台20上的加工完毕工件，将握持住的工件推按在设置在加工室42内的磨床等去毛刺刀具44上。
这里，机器人14被配置在加工机12的加工室42内，所以随着机器人14的动作的振动传递给加工机12(特别是工具驱动部30)，加工机12的加工精度(工具22相对于工件18的定位精度)会下降。另外，即使在机器人14没有配置在加工室42内而配置在加工机12的外部的情况下，当机器人14与加工机12相邻或接近地配置时，机器人14的振动经由设置面传送给加工机12，会产生同样的问题。
因此，在本实施方式中，在工作台20以及工具驱动部30上分别设置振动传感器(加速度接收器)46以及48，通过这些加速度传感器检测机器人14的动作造成的振动，并且为了降低(最好是最小化)由于机器人14的振动引起的工作台20与加工工具22之间的相对位置的差值(偏差)，而使工作台20以及加工工具22中的至少一个动作。以下详细进行说明。
工作台20或设置在其附近的第一振动传感器(这里为加速度传感器)46测量从机器人14等传来的振动造成的工作台20的振动/位移量，另外，工具驱动部30或设置在其附近的第二振动传感器(这里为加速度传感器)48测量从机器人14等传来的振动造成的加工工具22的振动/位移量。另外，作为加速度传感器46以及48例如列举有静电容量式、压电电阻(压电)式、MEMS(Micro Electro Mechanical微电子机械)式的传感器，但是不限于这些。另外，也可以代替加速度传感器而使用陀螺传感器等作为振动传感器。
另一方面，加工机控制装置16具有：振动抑制控制部50，其使工作台20以及加工工具22中的至少一个动作，求出用于减少加速度传感器46以及48中的至少一个测量到的工作台20与加工工具22之间的相对位置的变化的动作修正量；存储由振动抑制控制部50求出的动作修正量的存储器等存储部52；以及程序执行部54，其在机器人14进行预定动作的期间，进行基于存储部52所存储的动作修正量的振动抑制动作，并且执行加工程序。另外，振动抑制控制部50以及程序执行部54例如是内置在加工机控制装置16中的处理器。
图2是表示本实施方式的加工系统的处理流程的一例的流程图。首先，在步骤S1中，在使机床12停止(没有加工工件18)的状态下，使机器人14进行与机床12关联的预定动作。作为这里的预定动列举以下一系列动作，例如通过机械手40握持通过机床12加工完毕的工件，将握持住的工件推按在去毛刺工具44上一定的时间来进行去毛刺加工，将进行了去毛刺加工的工件运送到预定的运送目的地。
在接下来的步骤S2中，在通过步骤S1的处理由机器人14进行预定动作的期间，使用第一加速度传感器46以及第二加速度传感器48来测量工作台20以及加工工具22的各自的振动(位移量)，并据此来求出工作台20与加工工具22之间的相对位置的变化。通过该处理，例如得到图3所示的表示针对没有机器人14的振动的状态(基准位置56)的相对位置的时间变化(差值)的数据(图标58)。另外，如果使用3轴加速度传感器等作为加速度传感器，则针对X、Y以及Z轴分别得到图3的数据。
在接下来的步骤S3中，进行加工工作台20以及工具驱动部30的动作控制(振动抑制控制)，使得进行机器人14的预定动作，并且通过加工机控制装置16消除在步骤S2得到的相对位置的差值。例如，控制加工工作台20以及工具驱动部30的一个或两个的动作，使得工作台20与加工工具22之间的相对位置的变化在图3中呈现图表58相对基准位置56进行反转的图表60的行为。在本实施方式中，在抵消X方向以及Y方向的差值时使工作台20动作，在抵消Z方向的差值时使工具驱动部30动作。这样能够针对相互正交的3轴所有的方向进行振动抑制控制，从而消除机器人14的振动造成的相对变化的偏差。
另外，作为在步骤S3中得到图表60的结果的优选方法，例如能够使用学习控制。例如，在机器人14的振动传送给机床12的状态下，关于工作台20的进给轴(未图示)以及工具驱动部30的动作条件的多个组合，存储各个动作条件下的工作台20以及加工工具22的振动信息(加速度传感器的输出)，能够从基于这些动作条件的振动信息中学习工作台20与加工工具22之间的相对位置的偏差为最小的组合。另外，在本实施方式中，不是在机器人侧而是在机床侧进行学习控制，但是关于使用了加速度传感器的输出(测量结果)的学习控制自身，能够适用日本特开2011-167817号公报或日本特开2011-192267号公报所记载的技术等各种公知技术，所以这里省略详细的说明。
在接下来的步骤S4中，将通过步骤S3的振动抑制控制得到的用于抵消工作台20与加工工具22之间的相对位置的变化的修正量设为机床12进行通常加工时的工作台20以及加工工具22中的至少一个的动作修正量，例如存储在加工机控制装置16的存储部52中。
在接下来的步骤S5中，将所存储的动作修正量附加到机床的动作程序(加工程序)。换言之，使用动作修正量来更新机床的动作程序。
在接下来的步骤S6中，在加工系统10中根据更新后的动作程序进行机床12的工件的加工，并且进行机器人14的预定动作。即，在进行机器人14的动作的期间，使用所存储的动作修正量(更新后的加工程序)来加工对工作台20以及工具驱动部30进行动作控制，所以即使传送机器人14的振动也能够通过动作修正量修正(抵消)伴随其振动的相对位置的变化，能够以高精度加工工件。
在本实施方式中，不是实时地修正相对位置的变化，而是使用在机床不进行动作的状态下通过学习等预先得到的动作修正量来进行实际加工的动作修正。因此，会有实时通过振动周期与控制周期之间的大小关系等难以进行优选的修正的情况，但是本实施方式中能够进行高精度的修正。另外，即使在机床与机器人同时动作的情况下，也不需要低速进行机器人的动作，因此能够防止加工整体的循环时间的增加，并能够提高运转率。
另外，加工系统10可以具备监视机器人14的动作状况的功能，例如加工机控制装置16能够从机器人控制装置17实时接收机器人14执行的动作内容。然后在机器人14由于某些原因而没有进行动作的情况下(例如为了确保安全而处于停止)，机器人的振动不会传给加工机，所以程序执行部54能够不进行振动抑制动作。这样，能够在没有机器人的振动的影响时防止在机床12中进行过修正。
另外，在加工系统10具备监视机器人的动作状况的功能时，在机器人14进行预先决定的预定动作以外的动作时，程序执行部54最好不执行加工程序而使机床12停止。通常关于预定动作以外的动作不进行学习(动作修正量的取得/存储)，所以担心在机器人14进行这样的动作的期间在机床侧不能够进行适当的动作修正，而工件的加工精度大幅下降(产生不良工件)。
在本实施方式中，使用2个加速度传感器，但是当加工系统10的结构成为机器人14的振动没有传给加工工具22的情况下，不需要第二加速度传感器48，而能够只根据设置在工作台20上的第一加速度传感器46来测量工作台20与加工工具22之间的相对位置的变化。同样，当加工系统10的结构成为机器人14的振动不传给工作台20的情况下，不需要第一加速度传感器46，能够只根据设置在加工工具22上的第二加速度传感器48来测量工作台20与加工工具22之间的相对位置的变化。
另外，在本实施方式中，第一加速度传感器46被安装在工作台20上，但是如果能够测量工作台20的加速度(位移)也可以安装在其他的位置，例如也能够安装在将工件18固定在工作台20上的夹具(未图示)和工件18上。另外，第二加速度传感器48被安装在工具驱动部30上，但是如果能够测量加工工具22的加速度(位移)也可以安装在其他的位置，例如也能够直接安装在加工工具22上。
加速度传感器46以及48可以构成为能够相对于机床12进行拆卸。在本实施方式中，在机床12停止中(没有进行加工的期间)并且机器人14进行预定的动作的期间(学习控制中)会使用加速度传感器，而在机床12进行工件18的加工时(加工程序执行中)不使用，所以通过在工件加工中从机床12拆除加速度传感器，从而能够防止切削油等造成的加速度传感器的污染，并且能够在其他的系统来使用拆下的加速度传感器。
根据本公开，能够防止机器人动作而引起的加工机的加工精度的下降，而不使加工系统的运转率下降。

Claims (6)

1.一种加工系统，其特征在于，
该加工系统具备：
加工机，其具备能够相对移动的工件保持部以及加工工具，根据预定的加工程序，使用上述加工工具对保持在上述工件保持部上的工件进行加工；
机器人，其构成为进行与上述加工机关联的预定动作；
振动传感器，其测量上述工件保持部与上述加工工具之间的相对位置的变化；
振动抑制控制部，其在上述机器人进行上述预定动作的期间，使上述工件保持部以及上述加工工具的至少一个动作，求出用于减少上述振动传感器测量到的上述相对位置的变化的动作修正量；
存储部，其存储由上述振动抑制控制部求出的动作修正量；以及
程序执行部，其在上述机器人进行上述预定动作的期间，进行基于上述存储部所存储的上述动作修正量的振动抑制动作，并且执行上述加工程序。
2.根据权利要求1所述的加工系统，其特征在于，
上述振动抑制控制部通过学习控制来求出上述动作修正量。
3.根据权利要求1或2所述的加工系统，其特征在于，
上述振动传感器构成为相对于上述加工机能够拆卸。
4.根据权利要求1或2所述的加工系统，其特征在于，
上述加工机具有确认上述机器人的动作状况的功能，当上述机器人未进行动作时，上述程序执行部不进行上述振动抑制动作。
5.根据权利要求1或2所述的加工系统，其特征在于，
上述加工机具有确认上述机器人的动作状况的功能，当上述机器人进行上述预定动作以外的动作时，上述程序执行部使上述加工机停止。
6.一种加工机的控制方法，该加工机具备能够相对移动的工件保持部以及加工工具，根据预定的加工程序，使用上述加工工具对保持在上述工件保持部上的工件进行加工，机器人构成为进行与上述加工机关联的预定动作，
该控制方法的特征在于，
包括以下步骤：
在上述机器人进行与上述加工机关联的预定动作的期间，测量上述工件保持部与上述加工工具之间的相对位置的变化；
使上述工件保持部以及上述加工工具的至少一个动作，求出用于减少测量到的上述相对位置的变化的动作修正量；
存储所求出的动作修正量；以及
在上述机器人进行上述预定动作的期间，进行基于所存储的上述动作修正量的振动抑制动作，并且执行上述加工程序。
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