JP2006043866A - パレット交換機能を有する工作機械及びパレット交換方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ワークをハンドリングするロボットを利用して、パレットをも搬送するようにして、低コストのパレット交換機能を有する工作機械を及びパレット交換方法を得る。
【解決手段】 図１の（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。パレット３には回転自在にローラ３ａが配置されている。パレットチェンジャ架台１及び工作機械のテーブル２に設けられたレール１ａ，１ｂでローラ３ａは支持され転がるようになっている。パレット３は取っ手３ｃを有する。ロボット４はハンドを取っ手３ｃに係合させて、パレット３を引く又は押すことにより、架台１とテーブル２との間を移動させる。又、ロボット４は架台１上で、パレット３に対してワークＷの着脱作業を行う。パレット３の移動に大きな力を必要としないので、ワークＷをハンドリングするロボット４でパレット３の搬送ができ、低コストでパレット交換ができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ワークを固定したパレットを工作機械内に取り込み、パレットに固定されたワークに対して加工を行い、その後、パレットと共にワークを工作機械から取り出すようにした、パレット交換機能を有する工作機械及びパレット交換方法に関する。

工作機械のワーク交換時の段取り時間を短くする手法としてパレットチェンジャが知られている。このパレットチェンジャは、ワークを固定するパレットと、該パレットを工作機械内外に搬送する駆動系を持ち、パレットに固定されたワークに対する工作機械による加工が終了すると、このパレットを工作機械外に搬送し、未加工ワークを固定したパレットを工作機械内に搬入して、パレットを交換することによって、ワーク着脱のために工作機械を停止させる時間のロスを短くするものである。

パレットを工作機械内外に搬送する駆動系は、サーボモータや空圧、油圧が使用されているが、構造が複雑で高価なものとなっている。
例えば、図８（ａ）に示すように、回転するパレット１００にワークを固定し、パレット回転領域における所定領域を、該パレット１００に固定されたワークへの加工領域とし、他の所定領域をパレット１００にワークを着脱する領域としたものである。このパレット１００の回転をサーボモータ１０１により減速器１０２を介して駆動するように構成したパレットチェンジャが知られている。

図８（ｂ）に示すパレットチェンジャは、サーボモータ１０１でパレット１００を搬送するパレットチェンジャの従来例である。サーボモータ１０１の回転運動をボールねじ１０３とナット１０４による機構によって直線運動に変換し、ナット１０４に固定されたパレット１００を搬送し、パレットを交換するものである。

図８（ｃ）に示すパレットチェンジャは、パレット１００をエアシリンダ１０５で搬送するものである。
これら公知のパレットチェンジャは、パレット１００を搬送するための手段として、モータ１０１やエアシリンダ１０５を必要とし、構造が複雑で高価なものとなっている。

一方、稼働率向上、経費節減のため、ワークに対する加工の自動化、無人化を行う場合が増えてきている。工作機械へのワークの着脱をロボットを用いて自動化するものも増加しており、パレットに対するワークの着脱もロボットで行うものも知られている。

又、一般的な部品供給システムにおいては、ロボットによりパレットの搬送及びそのパレットへのワークの載置、ワークが載置されたパレットの搬送を、１台のロボットで行うようにしたシステムも公知である（特許文献１参照）。

特許第３３６２６５６号公報

パレット交換機能を有する工作機械においては、上述したように、図８に示したようなパレットチェンジャが用いられているが、このようなパレットチェンジャは高価なものである。一方、パレット交換機能を有する工作機械においては、パレットにワークを取り込み装着し、又、パレットからワークを取り出す必要があるが、このパレットへのワーク着脱作業にロボットが使用される。このロボットは、ワークを把持し、パレットから、及びパレットへ搬送するものであるから、大きな力を必要とせず大型のロボットは使用されていない。

一般的な部品供給システムにおいて、特許文献１に記載された発明のように、ロボットによって、パレットへのワークの載置とパレットの搬送を行うものが公知であるが、この特許文献１に記載された発明は、ロボットがワーク用のハンドとパレット用のハンドを持ち、ハンドを切り換えて、ワーク又はパレットを把持し持ち上げるものである。パレットを持ち上げて交換及び段積みすることを前提としているため、大型なロボット（大きな力を発生できるロボット）が必要である。

そこで、本発明の目的は、ワークを取り扱うロボットを利用して、新たな駆動系を必要とせず、パレットをも搬送可能としたパレット交換機能を有する工作機械及びパレット交換方法を提供することにある。

本願請求項１に係わる発明は、ワークが固定されるパレットと、該パレットにワークを着脱するロボットとを備えた工作機械において、前記パレットを移動可能に支持する支持手段を設け、該支持手段によって前記パレットが支持された状態で、前記ロボットにより前記パレットを移動させて、工作機械内のパレットを交換することを特徴とする工作機械である。又、請求項２に係わる発明は、前記支持手段を、前記パレットに設けられたローラ、若しくはパレットを載置するパレット架台及び工作機械のテーブルに設けられたローラで構成し、該ローラを介して前記パレットをパレット架台と工作機械のテーブルとの間を移動させるようにしたものである。又、請求項３に係わる発明は、前記支持手段を、パレットを載置するパレット架台及び工作機械のテーブルに設けられた球状体で構成し、該球状体を介して前記パレットをパレット架台と工作機械のテーブルとの間を移動させるようにした。請求項４に係わる発明は、前記パレットに、前記ロボットがパレットを移動させる際に引っ掛ける取っ手を設けたものにした。又、請求項５に係る発明は、把持するワークの位置、姿勢等を求め、ワーク交換を行うために視覚センサを備えたものである。

請求項６に係わる発明は、ワークが固定されるパレットと、該パレットにワークを着脱するロボットとを備えた工作機械のパレット交換方法において、前記パレットを移動可能に支持する支持手段によってパレットが支持された状態で、該パレットを前記ロボットにより移動させることによって、工作機械内のパレットを交換するようにした工作機械のパレット交換方法である。又、請求項７に係わる発明は、ロボットに設けた視覚センサによりパレットに取り付けるワークの位置を検出し、該検出した位置に基づいて前記ワークをロボットが把持し、ワークの交換を行うようにしたものである。

ワークをパレットに搬送し又はパレットから取り出し搬送するワークハンドリングロボットを、ワークが装着されたパレットの搬送手段として使用することから、パレットチェンジャとしての特別な駆動手段を必要とせず、安価に構成できる。

以下本発明の一実施形態を図面と共に説明する。
図１は、本実施形態における工作機械のテーブルとパレットチェンジャ架台の説明図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は正面図、図１（ｃ）は側面図である。この図１では、工作機械のテーブル２にパレット３が取り付けられた状態を示している。
パレットチェンジャ架台１の両側端部には工作機械側（テーブル２側）に向かってレール１ａ，１ｂが設けられている。又、テーブル２にも両側端部にレール２ａ，２ｂが設けられている。パレット３の下面には回転自在の円筒状のローラ３ａが複数両側端部に設けられ、上記レール１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ上に載置され、パレット３は該ローラ３ａの回転によって抵抗少なくスムーズに移動可能になっている。このレール１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ及びローラ３ａで、パレット３を移動可能に支持した支持手段を構成している。

又、パレット３の下面及び工作機械のテーブル２には、テーブル２にパレット３と固定するクランプ機構５が設けられている。パレット３の上面には、ワークＷを保持するクランプ手段３ｂが設けられると共に、一端には、該パレット３を移動させるためにロボットのハンドを引っ掛け係合させるための取っ手３ｃが設けられている。

符号４はロボットで、パレット３にワークＷを運び入れ、又は、該パレット３からワークＷを取り出す作業を行うロボットである。本実施形態では、さらに、このロボット４により、工作機械のテーブル２に、又は該テーブル２からパレット３を運び入れ、運び出す作業をも行わせるものである。従来、ロボット４でワークＷを把持してパレット３にワークＷを着脱するようにしたものは一般的に使用されていた。そして、従来は、このロボット４以外にパレット３を搬送するために、図８に示したパレットチェンジャが付加され工作機械システムが構成されていた。

本発明は、このワークハンドリング用のロボット４をパレット３の搬送手段として用い、新たなパレットチェンジャを備えないでよいものとした。
図２に示すように、ロボット４は、パレット３に設けられた取っ手３ｃに、ワークＷを把持するハンド４ａの一端を係合させて、パレット３を引っ張る又は押し出すことにより、パレット３をテーブル２とパレットチェンジャ架台１との間を移動させるようにした。
パレット３の下面に設けられたローラ３ａはレール１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂ上を転がって移動するものであるから、ロボット４は、大きな力を発生させる必要がなく、ワークＷをハンドリングする従来の小型のハンドリングロボット４でパレット３も搬送できるものである。

図３は、本実施形態における工作機械本体１０とパレットチェンジャ架台１，ロボット４、ワーク置き台１１の配置関係を示す一例の平面図である。
図３中、一点破線で囲んだ領域４ｂがロボット４の作業可能領域を示すもので、ロボット４は、ワーク置き台１１に載置された未加工のワークＷを把持して、パレットチェンジャ架台１上のパレット３に運び入れる。その後ワークＷはクランプ手段３ｂでパレット３に固定される。又、パレットチェンジャ架台１上の加工済のワークＷを搭載したパレット３からワークを把持し取り出し、ワーク置き台１１に載置する作業を行う。さらに、ロボット４は、工作機械本体１０のテーブル２に載置されているパレット３を、パレットチェンジャ架台１上に引き出す作業、及び、パレットチェンジャ架台１上のパレット３をテーブル２上に搬入する作業も行う。
また、ロボット４に、視覚センサ取り付けてワークの交換作業を行わせてもよい。図４は、ロボット４のアーム先端に視覚センサの撮像部７を取り付けた例を示す図である。この視覚センサの撮像部７により、ワーク置き台１１上のワークＷを撮像し、その位置さらには姿勢を視覚センサによって求め、ロボット４を該位置に駆動して該ワークＷを把持するようにする。ワーク置き台１１にワークＷが所定位置に載置されないような場合、この視覚センサを用いると便利である。

図５は、このパレット３のテーブル２への搬入搬出作業の説明図である。
パレット３上に固定されたワークＷに対する工作機械本体１０による加工が終了すると（図５ではＡのパレット３上のワークＷの加工が終了したものとしている）、テーブル２をＡパレット３の取り出し位置に位置決めし、クランプ機構５をアンクランプとして、ロボット４のハンド４ａの一端をパレット３の取っ手３ｃに、図２に示すように係合させて、パレットチェンジャ架台１方向に引き出すようにロボット４を駆動し、Ａパレット３を図５（ｂ）に示すように、パレットチェンジャ架台１上に取り込む。

次に、テーブル２を移動させてＢパレット３が載置されているパレットチェンジャ架台１の位置に位置決めし、ロボット４のハンド４ａをＢパレット３の取っ手３ｃに係合させて、ロボット４を駆動してパレットチェンジャ架台１上のＢパレット３を移動させ、テーブル２上に搬入する（図５（ｃ）参照）。そして、クランプ機構５でＢパレット３をクランプして、該Ｂパレット３に固定されているワークＷに対して工作機械本体１０によって加工がなされる。

このＢパレット３上のワークＷに対して加工がなされている間、Ａパレット３上の加工済ワークＷのクランプを解き、ロボット４は、該ワークＷをハンド４ａで把持して運び出しワーク置き台１１に載置する。その後、ロボット４は、ワーク置き台１１に載置されている未加工のワークＷをＡパレット３上に運び入れ装着する。以下、ＡパレットとＢパレットを交互にテーブル２に搬送し、工作機械本体１０でワークＷを加工すると共に、パレット３に対して加工済ワークと未加工のワークの入れ替えを交互に行うものである。

上述した実施形態では、ローラ３ａをパレット３側に設けたが、ローラをパレットチェンジャ架台１及びテーブル２側に設け、パレット３側に設けないようにしてもよい。又、この実施形態では、パレットチェンジャ架台１及びテーブル２にレール１ａ，１ｂ，２ａ，２ｂを設けたが、このレールは必ずしも設けなくてもよい。又、ローラに代えて球状体を用いてもよい。

図６は、ローラに代えて球状体を用いた別の実施形態の説明図で、図６（ａ）はパレットチェンジャ架台及びパレットの平面図、図６（ｂ）はその正面図である。なお、図１に示した実施形態と同等の要素には同一符号を付している。
パレットチェンジャ架台１の上面には、複数の球状体６が回転自在に配置され、パレット３はこの球状体６によって支持されている。図示していないが、工作機械本体のテーブル２の上面も同様に複数の球状体６が配置され、パレット３を支持するようになっている（なお、テーブル２には必ずしも球状体６を配置しなくてもよく、パレットを出し入れする方向に回転するようにローラを配置しておいてもよいものである）。球状体６は、回転方向が規制されていないので、パレット３は、パレットチェンジャ架台１を上下、左右に移動することができる。これによって、ロボット４の作業領域が狭いときは、パレット３自体をロボット側に引き寄せてワークＷのパレットへの着脱を行うようにすることができる。

図７は、この別の実施形態におけるパレット３の工作機械本体１０への出し入れ動作の説明図である。
図７（ａ）は、Ｂパレット３上のワークＷに対して加工が終了し、該Ｂパレット３をテーブル２からパレットチェンジャ架台１に搬送しようとする状態を示す図である。テーブル２をパレットチェンジャ架台１のパレット３の取り出し位置に位置決めし、ロボット４のハンド４ａをＢパレット３の取っ手３ｃに係合させ、Ｂパレット３をパレットチェンジャ架台１に引き出すようにロボットを駆動し、Ｂパレット３をパレットチェンジャ架台１に取り出す。次に、テーブル２をパレット取り入れ位置に位置決めし、未加工のワークＷが装着されているＡパレット３をパレットチェンジャ架台１からテーブル２へロボット４で搬送する（図７（ｂ）参照）。

その後、図７（ｃ）に示すように、テーブル２は加工位置に移動させ、ロボット４はＢパレットをワーク着脱位置（パレット取り入れ位置に対応した位置）に移動させる。この場合、パレットチェンジャ架台１の上面には複数の回転自在の球状体６が配置されているから、Ｂパレット３は、テーブル２からの搬送方向とは、直角の向き方向にも移動可能であり、ロボット４は大きな力を必要としない。
この図７（ｃ）状態で、ロボット４によって、Ｂパレット上の加工済ワークＷはワーク置き台１１に取り出され、ワーク置き台１１上の未加工のワークＷがＢパレットに装着されることになる。このように、パレット３をロボット側に引き寄せて、パレット３へのワークＷの着脱を行うものであるから、作業領域が狭いロボット２でも対応できるものである。

本発明の一実施形態における工作機械のテーブルとパレットチェンジャ架台の説明図である。 同実施形態におけるロボットによるパレットの搬送動作を説明する説明図である。 同実施形態における工作機械本体、パレットチェンジャ架台、ワーク置き台の配置の一例を示す図である。 ロボットに視覚センサを取り付けたときの説明図である。 同実施形態におけるパレットの工作機械本体への搬入搬出の説明図である。 本発明の別の実施形態におけるパレットチェンジャ架台の説明図である。 同別の実施形態におけるロボットによるパレットの搬送動作を説明する説明図である。 従来のパレットチェンジャの説明図である。

符号の説明

１ パレットチェンジャ架台
１ａ，１ｂ レール
２ テーブル
３ パレット
３ａ ローラ
３ｂ クランプ手段
３ｃ 取っ手
４ ロボット
４ａ ハンド
５ クランプ機構
６ 球状体
７ 視覚センサの撮像部
１０ 工作機械本体
１１ ワーク置き台

Claims (7)

1. ワークが固定されるパレットと、該パレットにワークを着脱するロボットとを備えた工作機械において、前記パレットを移動可能に支持する支持手段を設け、該支持手段によって前記パレットが支持された状態で、前記ロボットにより前記パレットを移動させて、工作機械内のパレットを交換することを特徴とする工作機械。
2. 前記支持手段は、前記パレットに設けられたローラ、若しくはパレットを載置するパレット架台及び工作機械のテーブルに設けられたローラで構成され、該ローラを介して前記パレットはパレット架台と工作機械のテーブルとの間を移動する請求項１に記載の工作機械。
3. 前記支持手段は、パレットを載置するパレット架台及び工作機械のテーブルに設けられた球状体で構成され、該球状体を介して前記パレットはパレット架台と工作機械のテーブルとの間を移動する請求項１に記載の工作機械。
4. 前記パレットは、前記ロボットがパレットを移動させる際に引っ掛ける取っ手が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３の内いずれか１項に記載の工作機械。
5. 前記ロボットは視覚センサの撮像部を搭載していることを特徴とする請求項１乃至４の内いずれか１項に記載の工作機械。
6. ワークが固定されるパレットと、該パレットにワークを着脱するロボットとを備えた工作機械のパレット交換方法において、前記パレットを移動可能に支持する支持手段によってパレットが支持された状態で、該パレットを前記ロボットにより移動させることによって、工作機械内のパレットを交換するようにした工作機械のパレット交換方法。
7. 前記ロボットは前記視覚センサによりパレットに取付けるワークの位置を検出し、該検出した位置に基づいて前記ワークを把持することを特徴とする請求項６に記載の工作機械のパレット交換方法。
   

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