JP2010240715A - 曲げ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】曲げ方向に制約を受けることなく、被加工物を曲げ加工できる曲げ加工装置を得る。
【解決手段】曲げ型３２と、曲げ型３２の周りを公転可能な締め型４２とにより長尺状の被加工物４を挟持し、締め型４２を公転させ被加工物４を曲げ加工する曲げ機構３０を備えると共に、被加工物４を把持するチャック機構４６を取り付けた固定台４８を備える。また、曲げ機構３０が取り付けられ、曲げ機構３０を移動する関節型ロボット２を備える。チャック機構４６は、把持した被加工物４を長手方向中心の廻りにひねり回転可能で、曲げ機構３０により挟持した被加工物４を長手方向中心の廻りに関節型ロボット２を駆動して予め設定されたひねり角度範囲内でひねる（ステップ１２０）。ひねりがひねり角度範囲を超えるときチャック機構４６を制御して被加工物４を長手方向中心の廻りにひねる。
【選択図】 図８

Description

本発明は、長尺状の被加工物、例えばパイプや棒状材を所定の方向に曲げ加工する際に、曲げ機構を被加工物の廻りに移動して曲げ加工する曲げ加工装置に関する。

従来より、特許文献１にあるように、被加工物をチャック機構により把持して、互いに平行な軸の廻りで回動する平行関節と、前記平行な軸と直交する軸の廻りに回動する直交関節とをそれぞれ複数有する関節型ロボットの先端に曲げ機構を取り付ける。そして、各関節を回動して曲げ機構を移動して被加工物をチャック機構に向かって移動し、被加工物をチャック機構に把持させて、各関節を回動して曲げ機構を移動して、複数箇所で被加工物を曲げ加工するものが知られている。

特開２００６−１１６６０４号公報

しかしながら、こうした従来のものでは、種々の方向に被加工物を曲げ加工する際、関節型ロボットにより曲げ機構を被加工物の長手方向中心の廻りにひねり回転して、所定の曲げ方向となるように制御しているが、関節型ロボットのアームと被加工物とが干渉し、曲げ方向が３６０度の全範囲となるように曲げ機構を被加工物の長手方向中心の廻りにひねり回転できないという問題があった。

本発明の課題は、曲げ方向に制約を受けることなく、被加工物を曲げ加工できる曲げ加工装置を提供することにある。

かかる課題を達成すべく、本発明は課題を解決するため次の手段を取った。即ち、
曲げ型と、該曲げ型の周りを公転可能な締め型とにより長尺状の被加工物を挟持し、前記締め型を公転させ前記被加工物を曲げ加工する曲げ機構を備えると共に、前記被加工物を把持するチャック機構を取り付けた固定台を備え、また、前記曲げ機構が取り付けられ、前記曲げ機構を移動する関節型ロボットを備えると共に、前記関節型ロボット、前記曲げ機構及び前記チャック機構を制御する制御手段を備え、前記関節型ロボットにより前記曲げ機構を移動し、前記曲げ機構により前記被加工物を曲げ加工する曲げ加工装置において、
前記チャック機構は、把持した前記被加工物を長手方向中心の廻りにひねり回転可能で、
前記制御手段は、前記曲げ機構により挟持した前記被加工物を長手方向中心の廻りに前記関節型ロボットを駆動して予め設定されたひねり角度範囲内でひねるロボットひねり制御手段と、ひねりが前記ひねり角度範囲を超えるとき前記チャック機構を制御して前記被加工物を長手方向中心の廻りにひねるチャックひねり制御手段とを備えたことを特徴とする曲げ加工装置がそれである。

前記関節型ロボットは、互いに平行な軸の廻りで回動する平行関節と、前記平行な軸と直交する軸の廻りに回動する直交関節とをそれぞれ複数有する構成でもよい。また、前記チャックひねり制御手段は、前記被加工物をひねり回転するときに、前記関節型ロボットと前記被加工物とが干渉する際、逆方向にひねり回転するようにするとよい。あるいは、前記チャックひねり制御手段は、前記被加工物をひねり回転するときに、前記関節型ロボットと前記被加工物とが干渉する際、前記関節型ロボットを逃がしてから前記被加工物をひねり回転するようにするとよい。

本発明の曲げ加工装置は、被加工物を長手方向中心の廻りに関節型ロボットを駆動して予め設定されたひねり角度範囲内でひねり、ひねりがひねり角度範囲を超えるときチャック機構を制御して被加工物を長手方向中心の廻りにひねるので、曲げ方向に制約を受けることなく、被加工物を曲げ加工できるという効果を奏する。

本発明の一実施形態としての曲げ加工装置の正面図である。 本実施形態の曲げ加工装置の左側面図である。 本実施形態の曲げ加工装置の平面図である。 本実施形態の関節型ロボットの左側面図である。 本実施形態の曲げ機構の拡大側面図である。 本実施形態の曲げ機構の拡大平面図である。 本実施形態の曲げ加工装置の制御系統を示すブロック図である。 本実施形態の制御回路で行われるひねり制御処理の一例を示すフローチャートである。 本実施形態の関節型ロボットの側面方向からの動作説明図である。 本実施形態の関節型ロボットの平面方向からの動作説明図である。

以下本発明を実施するための形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１〜図４に示すように、１は機台であり、機台１上には関節型ロボット２が載置されている。関節型ロボット２には、パイプ等の長尺状の被加工物４を曲げ加工する後述する曲げ機構３０が取り付けられ、関節型ロボット２は、互いに平行な軸の廻りで回動する３組の第１〜第３平行関節６，８，１０と、この平行な各軸と直交する軸の廻りで回動する２組の第１、第２直交関節１２，１４とを備えている。

関節型ロボット２は、機台１に取り付けられた固定部１６を備え、固定部１６と第１旋回台１８とは、第１直交関節１２により接続されている。第１直交関節１２は、鉛直な軸ＣＶ１の廻りで第１旋回台１８を所定角度で回動駆動する周知の機構を有するものである。

第１旋回台１８には、第１アーム２０の一端が第１平行関節６を介して接続されている。第１平行関節６は水平な軸ＣＨ１の廻りで第１アーム２０を所定角度で回動駆動する周知の機構を有するものである。第１平行関節６の水平な軸ＣＨ１と第１直交関節１２の鉛直な軸ＣＶ１とは直交している。

第１アーム２０の他端と第２アーム２２の一端とが第２平行関節８を介して接続されている。第２平行関節８は第１平行関節６の水平な軸ＣＨ１と平行な軸ＣＨ２の廻りで第２アーム２２を所定角度で回動駆動する周知の機構を有するものである。

第２アーム２２の他端には、第２旋回台２４が第２直交関節１４を介して接続されている。第２直交関節１４は、第１、第２平行関節６，８の水平な軸ＣＨ１，ＣＨ２と直交する軸ＣＶ２の廻りで第２旋回台２４を所定角度で回動駆動する周知の機構を有するものである。第２旋回台２４には、先端アーム２６の一端が第３平行関節１０を介して接続されている。第３平行関節１０は、先端アーム２６を第１、第２平行関節６，８の水平な軸ＣＨ１，ＣＨ２と平行な軸ＣＨ３の廻りに回動するものである。

また、図４に示すように、先端アーム２６の先端に補助関節２８が設けられており、補助関節２８に曲げ機構３０が取り付けられている。補助関節２８は第３平行関節１０と機械的に同期して、第３平行関節１０により先端アーム２６を３６０度旋回すると、補助関節２８により曲げ機構３０を３６０度旋回させる構成のものである。尚、補助関節２８は、第３平行関節１０と独立して旋回する構成でも実施可能である。

曲げ機構３０は、図５、図６に示すように、曲げ型３２を備え、曲げ型３２はその軸方向に３種類の曲げ半径に応じた３つの溝３４，３６，３８が積層されて形成されている。また、シリンダ４０により駆動されて曲げ型３２に向かって移動し、曲げ型３２と共に被加工物４を挟持する締め型４２が設けられており、この締め型４２は被加工物４を挟持した状態で曲げ型３２の廻りを公転し、締め型４２を所定の角度回転して、曲げ加工できるように構成されている。そして、この締め型４２に並んで曲げ加工時の反力を受ける圧力型４４が設けられている。尚、曲げ加工は、コンプレッション曲げに限らず、ドロー曲げであってもよい。

また、図１に示すように、被加工物４の後端を把持するチャック機構４６が設けられており、チャック機構４６は固定台４８に取り付けられている。チャック機構４６に把持された被加工物４は、水平な状態となるように構成されており、第１直交関節１２の鉛直な軸ＣＶ１と直交するように構成されている。チャック機構４６は、被加工物４を把持した状態で、図１に矢印で示すように、被加工物４を長手方向中心の廻りに正逆両方向に回転駆動することができるように構成されている。更に、関節型ロボット２の両側には、搬入用受け台５０と搬出用受け台５２とがそれぞれ設けられている。

関節型ロボット２は、第１〜第３平行関節６，８，１０、第１、第２直交関節１２，１４を旋回することにより、図９、図１０に示すように、曲げ機構３０の姿勢や移動位置を制御できる。

例えば、図９（イ）、（ロ）に示すように、被加工物４の曲げ方向に応じて、被加工物４の曲げ方向と曲げ型３２の溝３４の方向とが一致するように曲げ機構３０を移動できる。本実施形態では、第３平行関節１０と補助関節２８とは同期した一定の関係があるので、曲げ方向が定まれば、溝３４を被加工物４と当接させることにより、先端アーム２６及び第３平行関節１０の位置は定まる。

第２平行関節８の位置は、第１平行関節６を中心とし、第１平行関節６と第２平行関節８との間の距離を半径とする円弧上にあると共に、第３平行関節１０を中心とし、第２平行関節８と第３平行関節１０との間の距離を半径とする円弧上にある。よって、第２平行関節８はこれらの両円弧の交点にあれば、曲げ型３２の位置が定まる。このとき、交点は２点存在する場合があるが、その場合には、第２アーム２２が被加工物４と干渉したり、曲げ加工後の被加工物４の先端が第２アーム２２と干渉したりしない交点を選択する。

こうして、各第１〜第３平行関節６，８，１０の位置が定まることにより、固定部１６と第１アーム２０とのなす角度、第１アーム２０と第２アーム２２とのなす角度、第２アーム２２と先端アーム２６とのなす角度が各々求められる。この求めた各角度に応じて、各第１〜第３平行関節６，８，１０により第１アーム２０、第２アーム２２、先端アーム２６を所定の角度に旋回する。これにより、曲げ型３２の溝３４が被加工物４に当接するように移動される。

一方、図９（イ）に示すように、被加工物４の曲げ方向が水平方向である状態から、曲げ方向を変更するために曲げ機構３０を被加工物４の長手方向中心の廻りに関節型ロボット２の第１〜第３平行関節６，８，１０を駆動して回転する。図９（イ）に示す反時計方向廻りの回転を−方向とすると、−９０度を超えると関節型ロボット２のいずれかのアーム２０，２２，２６と被加工物４とが干渉する。

また、図９（ロ）に示すように、曲げ方向を変更するために曲げ機構３０を被加工物４の長手方向中心の廻りに関節型ロボット２の第１〜第３平行関節６，８，１０を駆動して回転する。図９（ロ）に示す時計方向廻りの回転を＋方向とすると、＋１２５度を超えると関節型ロボット２のいずれかのアーム２０，２２，２６と被加工物４とが干渉する。

図１０（イ）に示すように、被加工物４と直交する平面内に、関節型ロボット２の第１アーム２０、第２アーム２２、先端アーム２６がある場合には、第１〜第３平行関節６，８，１０を旋回して、図９（イ）、（ロ）に示すように、曲げ方向が所定の方向となるように、曲げ機構３０を被加工物４の廻りに移動できる。

また、図１０（ロ）に示すように、被加工物４の先端側に曲げ加工位置がある場合、第１直交関節１２を駆動すると共に、第２直交関節１４を第１直交関節１２と反対側に駆動して、先端アーム２６の軸方向が被加工物４と直交するように移動すると共に、第１〜第３平行関節６，８，１０を駆動する。第１直交関節１２を旋回すると、曲げ機構３０が被加工物４から離れるので、その分、第１〜第３平行関節６，８，１０を駆動して、曲げ型３２の溝３４を被加工物４と当接させる。他の溝３６，３８と当接させることにより、曲げ形状を変えることもできる。

また、図１０（ハ）に示すように、チャック機構４６に接近した曲げ加工位置で曲げ加工する場合も、同様に、第１直交関節１２を駆動して、曲げ加工位置に曲げ機構３０を移動する。その際、第２直交関節１４を第１直交関節１２と反対側に駆動して、先端アーム２６の軸方向が被加工物４と直交するように移動すると共に、第１〜第３平行関節６，８，１０を駆動する。

複数箇所で曲げ加工する場合には、図１０（ロ）に示すように、被加工物４の先端側の曲げ加工位置から、チャック機構４６に接近する曲げ加工位置に向かって、前述した動作を繰り返して被加工物４を順に曲げ加工する。

関節型ロボット２、曲げ機構３０、チャック機構４６は、図７に示すように、それぞれ制御手段としての制御回路５４に接続されており、制御回路５４により、関節型ロボット２、曲げ機構３０、チャック機構４６の駆動がそれぞれ制御されるように構成されている。

次に、前述した本実施形態の曲げ加工装置の作動について、制御回路５４において行われるひねり制御処理と共に、図８に示すフローチャートによって説明する。
まず、所定の長さに予め切断された被加工物４が搬入受け台５０上に搬送される。そして、図１０（ニ）に示すように、関節型ロボット２の第１直交関節１２を駆動して、関節型ロボット２を搬入受け台５０の被加工物４と対向させる。また、関節型ロボット２の第１〜第３平行関節６，８，１０を駆動して、曲げ機構３０を移動し、被加工物４が曲げ型３２の溝３４に当接するように移動する。

次に、締め型４２を移動して、曲げ機構３０により被加工物４を挟持する。曲げ機構３０により被加工物４を挟持した後、関節型ロボット２を制御して、各第１〜第３平行関節６，８，１０及び第１、第２直交関節１２，１４を駆動して、図１０（イ）に示すように、被加工物４をチャック機構４６に移動する。

被加工物４の移動は、被加工物４をチャック機構４６で把持できるように、搬入受け台５０上の被加工物４をチャック機構４６に向かって移動する。そして、被加工物４を移動してチャック機構４６に挿入した後、チャック機構４６を制御して、被加工物４をチャック機構４６により把持する。

関節型ロボット２を制御して、曲げ機構３０を被加工物４の曲げ加工位置に移動する。曲げ加工箇所が複数ある場合には、被加工物４の先端側から曲げ加工を開始する。曲げ機構３０を曲げ加工位置に移動した後、締め型４２、圧力型４４を駆動して、被加工物４に突き当て、締め型４２を圧力型４４の廻りに所定の曲げ角度に応じて公転させる。

曲げ加工終了後、締め型４２、圧力型４４を元の位置に戻し、次の曲げ加工を行なう場合には、関節型ロボット２を制御して、次の曲げ加工位置に曲げ機構３０を移動し、曲げ機構３０により被加工物４を曲げ加工する。

曲げ方向を変更する場合には、ひねり制御処理を実行する。ひねり方向を変更する際、締め型４２を移動して、曲げ機構３０により被加工物４を挟持し、曲げ機構３０を被加工物４の長手方向中心の廻りにひねり回転して、被加工物４をひねることができる。

ひねり制御処理では、まず、曲げ方向を変更するひねり角度が予め設定されたひねり角度範囲内であるか否かを判断する（ステップ１００）。本実施形態では、図９（イ）（ロ）に示すように、ひねり角度が＋１２５度から−９０度のひねり角度範囲で曲げ機構３０を被加工物４の長手方向中心の廻りにひねり回転すると、関節型ロボット２のいずれかのアーム２０，２２，２６と被加工物４とが干渉する。

ひねり角度がひねり角度範囲内にあるときには、強制的にチャック機構４６により被加工物４をひねり回転させるか否かを判断する（ステップ１１０）。強制的にひねり回転するか否かは、予め設定される曲げ加工データに設定されており、強制的にひねり回転させないときには、関節型ロボット２を制御して、各第１〜第３平行関節６，８，１０を駆動して、被加工物４を挟持した曲げ機構３０を被加工物４の長手方向中心の廻りにひねり回転する（ステップ１２０）。そして、一端本制御処理を終了して、前述したように、曲げ機構３０により被加工物４を予め設定された曲げ方向に、予め設定された曲げ角度で曲げ加工する。

一方、ステップ１００の処理により、ひねり角度がひねり角度範囲外と判断したときには、または、ステップ１１０の処理により、強制的にチャック機構４６によるひねり回転が指定されていると判断したときには、チャック機構４６により被加工物４を正方向にひねり回転すると干渉するか否かを判断する（ステップ１３０）。

例えば、被加工物４に曲げ機構３０により曲げ加工が施されて、チャック機構４６により把持した被加工物４をひねり回転すると、曲げ加工した被加工物４と関節型ロボット２とが干渉する場合がある。曲げ加工した被加工物４の形状は、曲げ加工データから想定でき、関節型ロボット２の各アーム２０，２２，２６の位置から、被加工物４と関節型ロボット２とが干渉するか否かを判断できる。

チャック機構４６により把持した被加工物４を、チャック機構４６により正方向にひねり回転しても、干渉しないと判断すると、チャック機構４６により被加工物４をその長手方向中心の廻りに正方向に予め設定されたひねり角度でひねる（ステップ１４０）。そして、一端本制御処理を終了して、曲げ機構３０により被加工物４を予め設定された曲げ方向に、予め設定された曲げ角度で曲げ加工する。

また、ステップ１３０の処理により、チャック機構４６により被加工物４を正方向にひねり回転すると干渉すると判断したときには、逆方向にひねり回転すると干渉するか否かを判断する（ステップ１５０）。

逆方向にひねり回転すると干渉しないときには、チャック機構４６により被加工物４をその長手方向中心の廻りに逆方向に予め設定されたひねり角度でひねる（ステップ１６０）。そして、一端本制御処理を終了して、曲げ機構３０により被加工物４を予め設定された曲げ方向に、予め設定された曲げ角度で曲げ加工する。

ステップ１５０の処理により、逆方向にひねり回転しても干渉すると判断すると、関節型ロボット２を制御して、各第１〜第３平行関節６，８，１０及び第１、第２直交関節１２，１４を駆動して、関節型ロボット２と被加工物４とが干渉しない位置に関節型ロボット２の各アーム２０，２２，２６を逃がす（ステップ１７０）。

次に、チャック機構４６により被加工物４をその長手方向中心の廻りに正方向（あるいは逆方向）に予め設定されたひねり角度でひねる（ステップ１８０）。ひねった後、関節型ロボット２を制御して、各第１〜第３平行関節６，８，１０及び第１、第２直交関節１２，１４を駆動して、曲げ機構３０を曲げ位置に移動する（ステップ１９０）。そして、一端本制御処理を終了して、曲げ機構３０により被加工物４を予め設定された曲げ方向に、予め設定された曲げ角度で曲げ加工する。

このように、被加工物４を長手方向中心の廻りに関節型ロボット２を駆動して予め設定されたひねり角度範囲内でひねり、ひねりがひねり角度範囲を超えるときチャック機構４６を制御して被加工物４を長手方向中心の廻りにひねるので、曲げ方向に制約を受けることなく、被加工物を曲げ加工できる。

以上本発明はこの様な実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。

１…機台 ２…関節型ロボット
４…被加工物 ６，８，１０…平行関節
１２，１４…直交関節 ３０…曲げ機構
３２…曲げ型 ４２…締め型
４４…圧力型 ４６…チャック機構
４８…固定台 ５０…搬入用受け台
５２…搬出用受け台 ５４…制御回路

Claims (4)

1. 曲げ型と、該曲げ型の周りを公転可能な締め型とにより長尺状の被加工物を挟持し、前記締め型を公転させ前記被加工物を曲げ加工する曲げ機構を備えると共に、前記被加工物を把持するチャック機構を取り付けた固定台を備え、また、前記曲げ機構が取り付けられ、前記曲げ機構を移動する関節型ロボットを備えると共に、前記関節型ロボット、前記曲げ機構及び前記チャック機構を制御する制御手段を備え、前記関節型ロボットにより前記曲げ機構を移動し、前記曲げ機構により前記被加工物を曲げ加工する曲げ加工装置において、
   前記チャック機構は、把持した前記被加工物を長手方向中心の廻りにひねり回転可能で、
   前記制御手段は、前記曲げ機構により挟持した前記被加工物を長手方向中心の廻りに前記関節型ロボットを駆動して予め設定されたひねり角度範囲内でひねるロボットひねり制御手段と、ひねりが前記ひねり角度範囲を超えるとき前記チャック機構を制御して前記被加工物を長手方向中心の廻りにひねるチャックひねり制御手段とを備えたことを特徴とする曲げ加工装置。
2. 前記関節型ロボットは、互いに平行な軸の廻りで回動する平行関節と、前記平行な軸と直交する軸の廻りに回動する直交関節とをそれぞれ複数有することを特徴とする請求項１に記載の曲げ加工装置。
3. 前記チャックひねり制御手段は、前記被加工物をひねり回転するときに、前記関節型ロボットと前記被加工物とが干渉する際、逆方向にひねり回転することを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の曲げ加工装置。
4. 前記チャックひねり制御手段は、前記被加工物をひねり回転するときに、前記関節型ロボットと前記被加工物とが干渉する際、前記関節型ロボットを逃がしてから前記被加工物をひねり回転することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の曲げ加工装置。

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