JP2005044169A - 工作機械及びワーク処理装置の異常検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ツールの予期せぬ衝突を未然に防ぐことが可能な工作機械及びそのような工作機械を含むワーク処理装置の事前異常検査方法を提供する。
【解決手段】 本発明の工作機械としてのＮＣ加工装置１０では、検査用プログラムＰ２を実行すると、正規にセットされたワークＷから離間しかつ隣接した領域で、干渉検査用ツール３０が、加工用ツール１４の相対移動動作の少なくとも一部と同じ動作を行い、このとき、ワークＷが正規の位置からずれてセットされていたり、正規のものとは異なるワークＷがセットされていた等の作業ミスが存在すると、干渉検査用ツール３０がワークＷに干渉して検出信号が出力される。これにより、作業ミスの有無を検査することができ、加工用ツール１４の予期せぬ衝突を未然に防ぐことができる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、ツールとワークとの相対位置を変更して、ワークに加工を施す工作機械及びその工作機械を含むワーク処理装置の異常検査方法に関する。

従来、この種の工作機械として、加工用ツールをワークに対して相対移動するための駆動部にかかる負荷を監視し、その負荷が予め設定した基準値以上になったことをもって、加工用ツールの予期せぬ衝突が発生したことを検出するものが知られている。また、衝突を吸収するための機構を備えた工作機械も公開されている（例えば、特許文献１参照）。なお、予期せぬ衝突は、例えば、ワークの取り付け位置のずれや、ワークの種類の取り違え等が原因で起こる。
特開平１１−１３８３８０号公報（請求項１、段落［０００４］、［０００５］）

しかしながら、上記した従来の工作機械の構成では、予期せぬ衝突を未然に防ぐことはできず、その衝突によりツールを変形させてしまう虞があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ツールの予期せぬ衝突を未然に防ぐことが可能な工作機械及びそのような工作機械を含むワーク処理装置の異常検査方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係る工作機械は、加工用プログラムを実行すると、種々のツールの中から所定の加工用ツールを選択してツール装着部に自動装着すると共に、加工用プログラムに含まれる複数の移動コマンドに従い、加工用ツールをワークに対して相対移動することで、ワークに加工を施す工作機械において、対象物に干渉したときに検出信号を出力する干渉検査用ツールを、ツール装着部に着脱可能に設け、検査用プログラムを実行すると、加工用プログラムに含まれる複数の移動コマンドの少なくとも一部に従い、加工用ツールの相対移動動作の少なくとも一部と同じ動作を、正規のワークから離間しかつ隣接した領域で、干渉検査用ツールに行わせるように構成したところに特徴を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載の工作機械において、干渉検査用ツールは対象物に接触したときに検出信号を出力するタッチセンサを備えてなるところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の工作機械において、干渉検査用ツールが検出信号を出力したときに、停止するように構成されたところに特徴を有する。

請求項４の発明は、請求項１又は２に記載の工作機械において、干渉検査用ツールが検出信号を出力したときには、実行されていた移動コマンドを中断し、次の移動コマンドを実行すると共に、干渉検査用ツールが検出信号を出力したときの移動コマンドを記憶するように構成したところに特徴を有する。

請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載の工作機械において、加工用プログラムのうち、加工条件を設定する加工条件設定コマンドを無効化して、検査用プログラムの一部を自動作成するプログラム作成手段を備えところに特徴を有する。

請求項６の発明に係るワーク処理装置の異常検査方法は、ツール装着部に装着したワーク処理用ツールとワークとの相対位置を、所定の処理プログラムに応じて変更して、ワークに所定の処理を施すワーク処理装置の異常検査方法において、対象物と干渉したときに検出信号を出力する干渉検査用ツールを、ワーク処理用ツールの代わりにツール装着部に装着して、ワーク処理用ツールの動作の少なくとも一部と同じ動作を、正規のワークから離間しかつ隣接した領域で行わせるところに特徴を有する。

［請求項１及び２の発明］
請求項１の工作機械では、検査用プログラムを実行すると、正規のワークから離間しかつ隣接した領域で、干渉検査用ツールが、加工用ツールの相対移動動作の少なくとも一部と同じ動作を行う。このとき、ワークが正規の位置からずれてセットされていたり、正規のものとは異なるワークがセットされていた等の作業ミスが存在すると、干渉検査用ツールがワークに干渉して検出信号が出力される。これにより、作業ミスの有無を検査することができ、加工用ツールの予期せぬ衝突を未然に防ぐことができる。

ここで、干渉検査用ツールは、タッチセンサを備えて、そのタッチセンサが対象物に接触したときに検出信号を出力する接触式のものであってもよいし（請求項２の発明）、対象物に所定距離以上接近したときに検出信号を出力する非接触式のものであってもよい。

［請求項３の発明］
請求項３の工作機械は、干渉検査用ツールが検出信号を出力したときに停止するので、停止状態に基づいて作業ミスの特定が容易になる。

［請求項４の発明］
請求項４の工作機械では、干渉検査用ツールが検出信号を出力したときには、実行されていた移動コマンドを中断し、次の移動コマンドを実行すると共に、干渉検査用ツールが検出信号を出力したときの移動コマンドを記憶するから、一度に複数の移動コマンドに関して、干渉検査を行うことができる。

［請求項５の発明］
請求項５の工作機械では、検査用プログラムの一部を自動作成するので、作業効率が向上すると共に、自動作成された検査用プログラムでは、加工条件設定コマンドが無効化されるので、実行時間を短くすることができる。

［請求項６の発明］
請求項６のワーク処理装置の異常検査方法では、干渉検査用ツールをワーク処理用ツールの代わりにツール装着部に装着して、ワーク処理用ツールの動作の少なくとも一部と同じ動作を、正規のワークから離間しかつ隣接した領域で行わせる。このとき、ワークが正規の位置からずれてセットされていたり、正規のものとは異なるワークがセットされていた等の作業ミスが存在すると、干渉検査用ツールがワークに干渉して検出信号が出力される。これにより、作業ミスの有無を検査することができ、ワーク処理用ツールの予期せぬ衝突を未然に防ぐことができる。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。
図１に示した本実施形態のＮＣ加工装置１０（本発明の「工作機械」、「ワーク処理装置」に相当する）には、ベッド１１の上面にコラム１２とワーク治具１６とが対向して備えられている。ワーク治具１６には、コラム１２との対向面に、種々のワークＷが固定可能となっている。コラム１２には、水平方向を向いた回転軸を中心にして回転駆動可能な主軸１３（本発明の「ツール装着部」に相当する）が設けられ、この主軸１３の先端に、種々のツール１４が着脱される。また、コラム１２には、主軸１３を上下方向（Ｙ軸方向）に直動させるためのＹ軸駆動部１７（図２参照）が備えられている。さらに、ベッド１１には、主軸１３の回転軸と平行な方向（Ｚ軸方向）にコラム１２を直動するＺ軸駆動部１８（図２参照）と、ワーク治具１６を、コラム１２との対向方向と直行する水平方向（Ｘ軸方向）に直動駆動するＸ軸駆動部１９（図２参照）が備えられている。

図２に示すようにＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の各駆動部１７，１８，１９は、駆動源としてサーボモータ１７Ａ，１８Ａ，１９Ａを備え、コントローラ４０からの制御信号に応じて、サーボアンプにより各サーボモータ１７Ａ，１８Ａ，１９Ａが駆動される。これにより主軸１３とワーク治具１６とが逐次位置決め制御されて、主軸１３に固定されたツール１４が、ワーク治具１６に固定されたワークＷに対して相対移動する。

ＮＣ加工装置１０には、ツール１４を自動交換するために、ツールラック２０とツールチェンジャー２１とが備えられている。ツールラック２０には、ボックス番号が付された複数のツールボックスが備えられ、各ツールボックスに任意のツール１４が収納可能となっている。そして、ツールチェンジャー２１が、コントローラ４０からの指示に応じて、所定のボックス番号のツールボックスに収納されたツール１４と、主軸１３に装着されているツール１４とを交換する。

ここで、ツールラック２０に収納された種々のツール１４の１つとして干渉検査用ツール３０（図２参照）が備えられている。干渉検査用ツール３０は、先端にタッチセンサ３１を備え、そのタッチセンサ３１が対象物に接触したときに検出信号を出力する。なお、タッチセンサ３１の検出信号は、無線でコントローラ４０に送信されるようになっている。

コントローラ４０に備えたメモリ２３には、種々のＮＣプログラムが記憶されている。また、ＮＣプログラムを構成するコマンド群の一例が、下記表１に示されている。この表において、「Ｇ００」又は「Ｇ０１」が本発明に係る「移動コマンド」に相当する。

さらに、図３（Ａ）には、ＮＣプログラムの一例として、加工用プログラムＰ１の一部が示されている。表１のコマンド内容に従うと、この加工用プログラムＰ１では、コマンド「Ｔ１０」により、ツールラック２０におけるボックス番号１０番のツールボックスに収納されたツール１４を指定し、コマンド「Ｍ６」により、そのツール１４と、現在、主軸１３に装着されているツール１４と自動交換する。具体的には、ボックス番号１０番のツールボックスに、例えば、エンドミル、フライスカッタ等の加工用ツール１４が収納されていた場合には、その加工用ツール１４が主軸１３に装着される。

次いで、コマンド「Ｓ５０００」により主軸１３の回転数を５０００［ｒｐｍ］に設定し、コマンド「Ｍ３」により主軸１３を正転回転させる。さらに、コマンド「Ｇ００Ｘ１２０．３Ｙ１６３．５Ｚ２１２．５」により、ワークＷをＸ軸方向に１２０．３［ｍｍ］移動し、ツール１４を、Ｙ軸方向に１６３．５［ｍｍ］、Ｚ軸方向に２１２．５［ｍｍ］移動する。

次いで、コマンド「Ｇ００Ｚ３」により、主軸１３のツール１４をＺ軸方向に３［ｍｍ］移動する。これにより、加工用ツール１４がワークＷに押し付けられてワークＷに対して位置決めされる。この状態で、コマンド「Ｇ０１Ｘ１３５．６Ｙ１７０．２」により、ワークＷを、Ｘ軸方向に１３５．６［ｍｍ］移動し、主軸１３のツール１４を、Ｙ軸方向に１７０．２［ｍｍ］移動する。これにより、ワークＷに平面加工が施される。

なお、コントローラ４０では、移動コマンド「Ｇ００」又は「Ｇ０１」を実行するときに、現在位置と移動コマンドによって指定された目標位置との間を分割した通過点のデータを演算し、これら通過点のデータに基づいて、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の各駆動部１７，１８，１９のサーボモータ１７Ａ，１８Ａ，１９Ａを駆動するための移動指令値を作成する（図２参照）。そして、所定周期でこれら移動指令をサーボアンプに付与することで、所定の移動速度・加減速度でツール１４及びワークＷが相対移動するように制御される。

さて、ＮＣ加工装置１０のメモリ２３には、ＮＣプログラムの１つとして、検査用プログラムＰ２が記憶されている。この検査用プログラムＰ２は、図４のフローチャートとして示されいる。この検査用プログラムＰ２の構成に関しては、以下のＮＣ加工装置１０の動作説明と併せて説明する。

上記した構成のＮＣ加工装置１０により所定のワークを加工するには、まず、次の準備作業を行う。即ち、ＮＣ加工装置１０に加工用プログラムＰ１と検査用プログラムＰ２とをロードする。所定のワークをワーク治具１６にセット（固定）する。ツールラック２０には、加工用プログラムＰ１が必要とする種々の加工用ツール１４を、指定されたボックス番号の各ツールボックスに収納する。検査用プログラムＰ２が指定するボックス番号のツールボックスには、干渉検査用ツール３０を収納する。以上により準備作業が完了する。

上記準備作業が完了したら、検査用プログラムＰ２を実行する。すると、図４に示すように加工データの自動変換が行われる（Ｓ１）。具体的には、加工用プログラムＰ１を複写して検査用プログラムＰ２の一部とし、その複写した加工用プログラムＰ１における移動コマンド（「Ｇ００」及び「Ｇ０１」）の前に、補助コマンド「Ｇ３２」を挿入すると共に、移動コマンド以外の他のコマンド（本発明の「加工条件設定コマンド」に相当する）をカッコ「（」及び「）」で囲む。これにより、検査用プログラムＰ２の一部としての検査用サブプログラムＰ３（図３（Ｂ）参照）が自動作成される。ここで、補助コマンド「Ｇ３２」は、干渉検査用ツール３０から検出信号が出力されたことを条件にして、サーボモータ１７Ａ，１８Ａ，１９Ａを停止するように設定されている。また、移動コマンド以外の他のコマンドは、カッコ「（」及び「）」で囲まれることで、実行されなくなる（無効化される）。具体的には、例えば、ツール交換が行われなくなり、クーラントの供給命令も無視される。

次いで、コントローラ４０からの要求に応じて、オフセット量を設定する（Ｓ２）。具体的には、検査用プログラムＰ２には、予め干渉検査用ツール３０の構造に関するパラメータ（例えば、全長、幅等）が設定されている。ここで、オフセット量を「０」に設定した場合には、干渉検査用ツール３０におけるタッチセンサ３１を備えた先端が、加工用プログラムＰ１で用いる各ツール１４の先端と同じ位置に位置決め制御される。そして、オフセット量を「Ｌ１」とすると、干渉検査用ツール３０の先端が、加工用プログラムＰ１で用いる各ツール１４の先端より、Ｌ１［ｍｍ］だけＺ方向にオフセットしてワークＷから離れた位置に位置決めされる。ここで、本実施形態の加工用プログラムＰ１では、移動コマンド「Ｇ００Ｚ３」により、ツール１４を３［ｍｍ］進めてワークＷに突き当てる動作を行わせているから、正規のワークＷに対して干渉検査用ツール３０を接触させないために、例えば、オフセット量を「１０」に設定する。

以上の操作が完了すると、ツールチェンジャー２１が起動し、干渉検査用ツール３０が主軸１３に自動装着され（Ｓ３）、前記した検査用サブプログラムＰ３を用いた自動運転が実行される（Ｓ４）。

すると、検査用サブプログラムＰ３のコマンド群のうち移動コマンドを含む最初の一行目が実行される（Ｓ５）。これにより、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の各駆動部１７，１８，１９の少なくとも１つが駆動され、干渉検査用ツール３０がワークＷに対して相対移動する。このとき、干渉検査用ツール３０の先端のタッチセンサ３１は、ツール１４の先端の移動経路に対して、ステップＳ２で設定されたオフセット量の例えば１０［ｍｍ］だけ、ワークＷから離れた領域を移動する。そして、この移動動作の間に、干渉検査用ツール３０のタッチセンサ３１から検出信号が出力されたか否かに基づいて、タッチセンサ３１がワークＷ又はワーク治具１６に接触したか否かがチェックされる（Ｓ６）。

ここで、タッチセンサ３１から検出信号が出力された場合（Ｓ６でＹＥＳ）、コントローラ４０はアラームを発生させて（Ｓ８）、ＮＣ加工装置１０を停止し（Ｓ９）、検査用プログラムＰ２を終了する。作業者は、停止したＮＣ加工装置１０の状態から原因を調べる。その原因としては、例えば、ワークＷが正規のものと異なった種類のものであったり、ワーク治具１６の取り付け位置・姿勢が正規のものと異なっていたり、加工用プログラムＰ１に設定されたツール１４の全長が短めに設定されていた等が考えられる。そして、タッチセンサ３１がワークＷ又はワーク治具１６に接触した原因を解明したら、正規の状態に設定し直して、再度、検査用プログラムＰ２を実行すればよい。

一方、タッチセンサ３１から検出信号が出力されないまま、検査用サブプログラムＰ３の最初の一行目の実行が完了すると、プログラムエンドか否かがチェックされ（Ｓ７）、プログラムエンドでない場合には（Ｓ７でＮＯ）、次の検査用サブプログラムＰ３の次の一行が実行される（Ｓ５）。そして、プログラムエンドになるまで（Ｓ７でＹＥＳ）、上記した動作が繰り返される。

このように本実施形態のＮＣ加工装置１０では、正規のワークＷから離間しかつ隣接した領域で、干渉検査用ツール３０が、加工用ツール１４の相対移動動作の少なくとも一部と同じ動作を行い、このときワークＷが正規の位置からずれてセットされていた等の作業ミスが存在すると、干渉検査用ツール３０から検出信号が出力されて、作業ミスを見つけることができる。これにより、加工用ツール１４の予期せぬ衝突を未然に防ぐことができる。

しかも、ＮＣ加工装置１０では、干渉検査用ツール３０が検出信号を出力したときには、実行されていた移動コマンドを中断して停止するから、停止状況に応じて作業ミスの特定が容易になると共に、干渉検査用ツール３０の破損を防止することができる。また、ＮＣ加工装置１０では、検査用プログラムＰ２の一部を自動作成するので、作業効率が向上すると共に、自動作成された検査用プログラムＰ２では、加工条件を設定する加工条件設定コマンドを無効化しているので、実行時間を短くすることができる。

なお、干渉検査用ツール３０は、ワークＷ又はワークＷ治具に所定距離以上接近したときに検出信号を出力する非接触式のものであってもよい。

［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）前記実施形態の変形例として、検査用プログラムＰ２を実行したときに移動コマンドの前に挿入される補助コマンドの内容を、例えば、干渉検査用ツール３０から検出信号が出力されたことを条件にして、実行されていた移動コマンドを中断し、次の移動コマンドを実行すると共に、検出信号を出力したときの移動コマンドを記憶するように設定してもよい。この構成により、一度に複数の移動コマンドに関して、干渉検査を行うことができる。

（２）前記実施形態では、本発明を工作機械としてのＮＣ加工装置１０に適用した場合を例示したが、本発明を工作機械としてのロボットに適用してもよい。また、工作機械以外に、例えば、ワークの形状等を検査する検査装置等に適用してもよい。また、工作機械以外に、例えば、ワークの形状等を検査する検査装置等に適用してもよい。

（３）前記実施形態では、加工用プログラムＰ１を変換して検査用プログラムＰ２の一部を自動作成する構成であったが、作業者が手作業で加工用プログラムＰ１の移動コマンドの前に補助コマンドを挿入して、検査用プログラムＰ２の一部を作成してもよい。

（４）前記実施形態では、作業者の操作により検査用プログラムＰ２が実行される構成であったが、ＮＣ加工装置１０の電源を投入したこと、あるいは、ワークが次のワークに交換されたこと等を条件にして、検査用プログラムＰ２を自動で実行する構成にしてもよい。

本発明の一実施形態に係る工作機械の概念図 工作機械の電気的構成を示すブロック図 （Ａ）加工用プログラムの一部のプログラムリスト、（Ｂ）検査用サブプログラムの一部のプログラムリスト 検査用プログラムのプログラムリスト

符号の説明

１０ ＮＣ加工装置（工作機械、ワーク加工装置）
１３ 主軸（ツール装着部）
１４ ツール
３０ 干渉検査用ツール
３１ タッチセンサ
Ｗ ワーク

Claims (6)

1. 加工用プログラムを実行すると、種々のツールの中から所定の加工用ツールを選択してツール装着部に自動装着すると共に、前記加工用プログラムに含まれる複数の移動コマンドに従い、前記加工用ツールをワークに対して相対移動することで、前記ワークに加工を施す工作機械において、
   対象物に干渉したときに検出信号を出力する干渉検査用ツールを、前記ツール装着部に着脱可能に設け、
   検査用プログラムを実行すると、前記加工用プログラムに含まれる前記複数の移動コマンドの少なくとも一部に従い、前記加工用ツールの前記相対移動動作の少なくとも一部と同じ動作を、正規の前記ワークから離間しかつ隣接した領域で、前記干渉検査用ツールに行わせるように構成したことを特徴とする工作機械。
2. 前記干渉検査用ツールは、前記対象物に接触したときに前記検出信号を出力するタッチセンサを備えてなることを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
3. 前記干渉検査用ツールが検出信号を出力したときに、停止するように構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の工作機械。
4. 前記干渉検査用ツールが検出信号を出力したときには、実行されていた移動コマンドを中断し、次の移動コマンドを実行すると共に、前記干渉検査用ツールが検出信号を出力したときの移動コマンドを記憶するように構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の工作機械。
5. 前記加工用プログラムのうち、加工条件を設定する加工条件設定コマンドを無効化して、前記検査用プログラムの一部を自動作成するプログラム作成手段を備えことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の工作機械。
6. ツール装着部に装着したワーク加工用ツールとワークとの相対位置を、所定の加工プログラムに応じて変更して、前記ワークに所定の加工を施すワーク加工装置の異常検査方法において、
   対象物と干渉したときに検出信号を出力する干渉検査用ツールを、前記ワーク加工用ツールの代わりに前記ツール装着部に装着して、前記ワーク加工用ツールの動作の少なくとも一部と同じ動作を、正規の前記ワークから離間しかつ隣接した領域で行わせることを特徴とするワーク加工装置の異常検査方法。
   
   

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