JP2016120580A - 異物の有無を確認する視覚センサを備えたワーク着脱手段付加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異物の付着状態を監視し、洗浄が必要な時のみ洗浄を行うことで、洗浄時間の短縮や洗浄用流体の節約が可能になるとともに、異物が除去できるまで洗浄を行うことで噛み込みの恐れを低減することが可能な異物の有無を確認する視覚センサを備えたワーク着脱手段を備えた加工装置を提供する。【解決手段】ワーク着脱手段を備えた加工装置は、工作機械１と、ワークを固定するパレット２と、該パレット２にワークを着脱するワーク着脱手段３と、パレット２を移動させ工作機械１内のパレット２を交換するために使用されるパレットチェンジャ４と、少なくとも１の視覚センサ５と、視覚センサ５の情報を処理する情報処理装置６とから構成され、視覚センサ５によりパレット２上の異物を監視してワークを固定する際に噛み込む恐れのある異物の有無を確認する機能を有する。【選択図】図１

Description

本発明はワーク着脱手段を付加した加工装置に関する。

ワークを固定したパレットを自動で交換するパレットチェンジャを有する加工装置において、パレットのワーク固定部に切粉等の異物が付着した場合に、異物の噛み込みによる固定位置のずれや、固定不良が生じる恐れがある。このような異物の噛み込みを防ぐため、ワークもしくはパレット交換時に流体により異物の洗浄を行うシステムは存在する。

特許文献１、２には、ロボットを用いたパレット交換に関する技術が開示されている。特許文献３には、はカメラを有するロボットを用いてワーク交換を行うシステムが開示されている。特許文献４には、パレットの固定部の洗浄についての技術が開示されている。特許文献５、６には、ワークもしくはパレットの支持状態を検出し、異物洗浄を行うシステムが開示されている。特許文献７には、ワークへの異物付着を監視するシステムが開示されている。

特開２００６−４３８６６号公報 特開平１１−２０７５６１号公報 特開平５−２８５８００号公報 特開２００９−０９０３８８号公報 実開平１−１７５１９２号公報 特開２００３−２２５８４１号公報 実公平７−５３８８０号公報

特許文献１、２には、異物の付着状態に関する言及がない。特許文献３は、異物の付着状況の監視には言及がない。特許文献４は、異物を監視する機能は有していない。特許文献５、６は、固定前に異物の付着状態を監視し、噛み込みの恐れのある異物を未然に防ぐ機能は有していない。特許文献７は、ワーク固定部の異物付着には言及されていない。

上述したように、特許文献１〜７に開示されている技術は、異物の付着状況を監視する機能は有していないため、異物が無い場合にも洗浄を行ってしまう問題がある。また、洗浄後に異物が残っていた場合に検出することができない問題がある。

そこで本発明の目的は、異物の付着状態を監視し、洗浄が必要な時のみ洗浄を行うことで、洗浄時間の短縮や洗浄用流体の節約が可能になるとともに、異物が除去できるまで洗浄を行うことで噛み込みの恐れを低減することが可能な異物の有無を確認する視覚センサを備えた加工装置を提供することである。

本願の請求項１に係る発明は、工作機械と、ワークを固定するパレットと、該パレットを移動させ前記工作機械内のパレットを交換するパレットチェンジャと、前記パレットにワークを着脱するワーク着脱手段を備えた加工装置において、前記工作機械の加工室の外部において前記パレットを撮影する視覚センサと、前記視覚センサの情報に基づいてワーク供給時に噛み込む恐れのある異物を検出する情報処理装置と、前記ワーク供給時に噛み込む恐れのある異物が検出された場合に、ワーク供給動作を中断させる指令を出力するワーク供給動作中断指令出力手段と、を有することを特徴とするワーク着脱手段を備えた加工装置である。

請求項２に係る発明は、前記ワーク着脱手段が負荷センサを有し、前記ワーク供給時に異常な負荷を検出した場合にワーク供給動作を中断する請求項１に記載のワーク着脱手段を備えた加工装置である。
請求項３に係る発明は、前記ワーク着脱手段がロボットである、請求項１または２に記載のワーク着脱手段を備えた加工装置である。
請求項４に係る発明は、ワーク供給が中断されたことを作業者に通知する通知手段を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のワーク着脱手段を備えた加工装置である。
請求項５に係る発明は、前記パレットに付着した異物を除去する異物除去手段を有し、前記ワーク供給動作が中断された場合に、異物を除去することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のワーク着脱手段を備えた加工装置である。

請求項６に係る発明は、前記異物除去手段により異物除去後に前記視覚センサにより前記パレットを撮影し、ワーク供給時に噛み込む恐れのある異物が検出されなかった場合にワーク供給を継続することを特徴とする請求項５に記載のワーク着脱手段を備えた加工装置である。
請求項７に係る発明は、前記ワーク着脱手段が前記異物除去手段を有し、異物除去を行う請求項５または６に記載のワーク着脱手段を備えた加工装置である。
請求項８に係る発明は、前記ワーク着脱手段がパレットの交換を行う請求項１〜７のいずれか一つに記載のワーク着脱手段を備えた加工装置である。
請求項９に係る発明は、前記ワーク着脱手段がパレット交換を行い、前記パレット交換時に異常な負荷を検出した場合にパレット交換動作を中断する請求項１〜８のいずれか一つに記載のワーク着脱手段を備えた加工装置である。
請求項１０に係る発明は、前記視覚センサが、前記ワーク着脱手段に搭載されている請求項１から９のいずれか一つに記載のワーク着脱手段を備えた加工装置である。

本発明により、異物の付着状態を監視し、洗浄が必要な時のみ洗浄を行うことで、洗浄時間の短縮や洗浄用流体の節約が可能になるとともに、異物が除去できるまで洗浄を行うことで噛み込みの恐れを低減することが可能な異物の有無を確認する視覚センサを備えた加工装置を提供できる。

異物の有無を確認する視覚センサを備えたロボット付加工装置の外観斜視図である。 本発明に係る異物の有無を確認する視覚センサを備えたロボット付加工装置を示すブロック図である。 異物除去手段を有しない場合の処理のフローを示す図である。 異物除去手段を有する場合の処理のフローを示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は異物の有無を確認する視覚センサを備えたロボット付加工装置の外観斜視図である。また、図２は本発明に係る異物の有無を確認する視覚センサを備えたロボット付加工装置を示すブロック図である。

本発明に係る異物の有無を確認する視覚センサを備えた加工装置は、工作機械１と、ワークを固定するパレット２と、該パレット２にワークを着脱するワーク着脱手段３と、パレット２を移動させ工作機械１内のパレット２を交換するために使用されるパレットチェンジャ４と、少なくとも１の視覚センサ５と、視覚センサ５の情報を処理する情報処理装置６とから構成され、視覚センサ５によりパレット２上の異物を監視してワークを固定する際に噛み込む恐れのある異物の有無を確認する機能を有することを特徴とする。ワーク着脱手段３として、ガントリーローダもしくはロボットが考えられる。図１ではワーク着脱手段３としてロボットが用いられている。また、ワーク着脱手段３がパレットチェンジャ４を兼ねていても良い。

本発明に係る加工装置は、視覚センサ５により前記工作機械１外にあるパレットの、ワーク固定部（監視範囲とする）を撮影する機能を有する。ただし、視覚センサ５により撮影可能な範囲上記に限定されない。視覚センサ５はワーク着脱手段３に搭載してもよい。

視覚センサ５による異物の監視は、ワークの加工終了後から次のワーク供給までの間に行うことが望ましい。しかし、異物監視後に次のワーク供給までの間に監視範囲に新たに異物が付着しないタイミングであれば上記に限定されない。

視覚センサ５により撮影された情報を情報処理部（情報処理装置６）で処理することで、監視範囲への異物付着および付着箇所を検出する機能を有する。画像から異物付着箇所を検出する方法として、以下が考えられる。ただし、画像から異物付着箇所を検出する方法は下記に限らない。

１．異物と、監視範囲との色の差を用いる方法
主要な異物である切粉はワークの材質により色がほぼ決まっている。したがって、監視範囲を異物と異なる色に着色しておき、監視範囲の本来の色と色もしくは明度がある閾値以上異なる部分を異物の付着箇所として検出する。

２．テンプレート画像を利用する方法
あらかじめ異物が付着していない状態で監視範囲を撮影しておき、その画像を正常な状態のテンプレート画像として保存しておく。異物監視時にはテンプレート画像と同じ位置・姿勢から監視範囲を撮影し、その画像をテンプレート画像と比較する。両者の間で色もしくは明度がある閾値以上異なっている箇所を異物の付着箇所として検出する。

３．パレット上のワーク固定部など特定の部分を登録
パレット上のワーク固定部など特定の部分を、異物が付着しているとワーク供給時に噛み込みが起こりうる箇所として予め登録しておく。ただし、噛み込みが起こりうる箇所は上記に限らずパレットチェンジャの構造やワーク固定方法に応じて適宜決定するものとする。前記の異物検出方法により検出された異物付着箇所のうち少なくとも一つが、噛み込みが起こりうる箇所に含まれる場合に、前記情報処理部（情報処理装置６）は異物噛み込みの恐れがあると判断する。

切粉の噛み込みの恐れがあると判断された場合には、ワーク着脱手段３はパレット２へのワーク供給を中断する。本発明の実施形態として、加工装置は、ワーク供給動作が中断されたことを通知する通知手段７、および前記噛み込みが起こりうる箇所の異物を除去する異物除去手段８の少なくとも一方を有する。

該通知手段７として情報表示画面へのアラームの表示や警告灯、警報音が考えられるが、その他の手段を用いても良い。異物除去手段８はパレットチェンジャ４に付随するものでも、パレットチェンジャ４から独立したもの（ハンドにクーラントガンを取り付けたロボットなど）でも良い。ワーク着脱手段３が異物除去手段８を兼ねていても良い。

本発明の実施形態である装置が異物除去手段８を有していない場合、ワーク供給動作が中断された際に、通知手段７はそれを作業者に通知して、異物の除去を促す。本発明で提案した装置が異物除去手段を有する場合には、ワーク供給動作が中断された際に、異物除去手段は前記噛み込みが起こりうる箇所の異物除去を行う。

異物除去手段８もしくは作業者による異物除去の終了後、視覚センサ５により再度撮影を行い、異物の付着状態を監視する。異物除去後も噛み込みが起こりうる箇所に異物が存在すると判断された場合は、再度作業者への通知もしくは異物除去手段８による異物除去を行う。噛み込みが起こりうる箇所に異物が検出されなくなるまでこの作業を繰り返すことで、噛み込みの恐れのある異物を除去する。噛み込みが起こりうる箇所に異物が検出されない場合にはワーク供給動作を継続（中断している場合は再開）する。

図３は異物除去手段を有しない場合の処理のフローを示す図である。以下、各ステップに従って説明する。
●［ステップｓａ０１］噛み込みが起こりうる箇所を撮影する。
●［ステップｓａ０２］異物が付着しているか否かを判定し、付着している場合（ＹＥＳ）にはステップｓａ０３へ移行し、付着していない場合（ＮＯ）にはステップｓａ０７へ移行する。

●［ステップｓａ０３］異物の除去が必要であるか否かを判定し、必要である場合（ＹＥＳ）にはステップｓａ０４へ移行し、必要ではない場合（ＮＯ）にはステップｓａ０７へ移行する。
●［ステップｓａ０４］ワークの供給を中断する。
●［ステップｓａ０５］アラームにより管理者に通知する。
●［ステップｓａ０６］異物を除去し、ステップｓａ０１へ戻り処理を継続する。
●［ステップｓａ０７］ステップｓａ０２，ｓａ０３から移行したこのステップでは、ワークの供給を継続（あるいはワーク供給を再開）する。

図４は異物除去手段を有する場合の処理のフローを示す図である。以下、各ステップに従って説明する。
●［ステップｓｂ０１］噛み込みが起こりうる箇所を撮影する。
●［ステップｓｂ０２］異物が付着しているか否かを判定し、付着している場合（ＹＥＳ）にはステップｓｂ０３へ移行し、付着していない場合（ＮＯ）にはステップｓｂ０６へ移行する。

●［ステップｓｂ０３］異物の除去が必要であるか否かを判定し、必要である場合（ＹＥＳ）にはステップｓｂ０４へ移行し、必要ではない場合（ＮＯ）にはステップｓｂ０６へ移行する。
●［ステップｓｂ０４］ワークの供給を中断する。
●［ステップｓｂ０５］異物除去手段を駆動して異物を除去し、ステップｓｂ０１へ戻り処理を継続する。
●［ステップｓｂ０６］ステップｓｂ０２，ｓｂ０３から移行したこのステップでは、ワークの供給を継続（あるいはワーク供給を再開）する。

ここで、ワーク着脱手段３について補足して説明する。ワーク着脱手段３が触覚センサを有しても良い。該触覚センサによりワーク取り付け時もしくはパレット搬送時の負荷を監視することで、視覚センサ５では検出できないワーク供給の異常を検出する。

異常な負荷の検出方法として以下の方法を採用できる。
１．特定の値を、正常な負荷の上限値もしくは下限値の少なくとも一方として設定しておき、前記触覚センサがそれの範囲から外れた負荷を検出した場合に異常と判断する。正常な負荷の上限値、下限値は作業の工程ごとに設定してよい。

２．ワーク供給動作が正常な状態で、ワーク取り付けもしくはパレット搬送動作に要する負荷を検出し記憶しておき、そこから一定値以上異なる負荷が検出された場合に異常と判断する。

上述した本発明の実施形態の装置により次の効果を奏することができる。
ワーク供給前に移動経路もしくは固定部の異物の付着を監視し、噛み込みの恐れがある場合にはワーク供給動作を中断させることで異物の噛み込みを未然に防ぐことができる。また異物除去後に視覚センサにより異物が落ちたことを確認することで、確実に異物を除去することが可能になる。

一般にワーク固定部は平坦ではないため、固定したカメラで異物の付着状態を監視するためには、適切な位置にカメラを設置するか、複数のカメラを設置する必要がある。しかし、ワークや治具と干渉しないようにカメラを設置できる位置は限られており、必ずしも適切な箇所にカメラを設置できるとは限らない。また、複数のカメラを設置するためには多くのスペースが必要となる。

これに対し、ロボットに視覚センサを取り付けることにより、センサの位置と角度を様々に変えることができるため、固定されたカメラを用いる場合に比べて少数のカメラでパレットの異物の付着状況を監視することが可能である。

ロボットに触覚センサを搭載し、視覚センサと併用することでカメラでは検出できなかった異物や他の要因による固定不良を検出することが出来る。ワーク取り付け時もしくはパレット搬送時の負荷を監視し、異常な負荷を検知した場合にワーク取り付け、もしくはパレット交換作業を中断する。負荷過大：カメラでは検出できない小さな異物の噛み込みや、固定用冶具の故障など障害となる物がある可能性があり、負荷過小：冶具の摩耗などが発生し、移動時の抵抗が減少している可能性がある。

１ 工作機械
２ パレット
３ ワーク着脱手段
４ パレットチェンジャ
５ 視覚センサ
６ 情報処理装置
７ 通知手段
８ 異物除去手段

Claims (10)

1. 工作機械と、ワークを固定するパレットと、該パレットを移動させ前記工作機械内のパレットを交換するパレットチェンジャと、前記パレットにワークを着脱するワーク着脱手段を備えた加工装置において、
   前記工作機械の加工室の外部において前記パレットを撮影する視覚センサと、
   前記視覚センサの情報に基づいてワーク供給時に噛み込む恐れのある異物を検出する情報処理装置と、
   前記ワーク供給時に噛み込む恐れのある異物が検出された場合に、ワーク供給動作を中断させる指令を出力するワーク供給動作中断指令出力手段と、
   を有することを特徴とするワーク着脱手段を備えた加工装置。
2. 前記ワーク着脱手段が負荷センサを有し、前記ワーク供給時に異常な負荷を検出した場合にワーク供給動作を中断する請求項１に記載のワーク着脱手段を備えた加工装置。
3. 前記ワーク着脱手段がロボットである、請求項１または２に記載のワーク着脱手段を備えた加工装置。
4. ワーク供給が中断されたことを作業者に通知する通知手段を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のワーク着脱手段を備えた加工装置。
5. 前記パレットに付着した異物を除去する異物除去手段を有し、前記ワーク供給動作が中断された場合に、異物を除去することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のワーク着脱手段を備えた加工装置。
6. 前記異物除去手段により異物除去後に前記視覚センサにより前記パレットを撮影し、ワーク供給時に噛み込む恐れのある異物が検出されなかった場合にワーク供給を継続することを特徴とする請求項５に記載のワーク着脱手段を備えた加工装置。
7. 前記ワーク着脱手段が前記異物除去手段を有し、異物除去を行う請求項５または６に記載のワーク着脱手段を備えた加工装置。
8. 前記ワーク着脱手段がパレットの交換を行う請求項１〜７のいずれか一つに記載のワーク着脱手段を備えた加工装置。
9. 前記ワーク着脱手段がパレット交換を行い、前記パレット交換時に異常な負荷を検出した場合にパレット交換動作を中断する請求項１〜８のいずれか一つに記載のワーク着脱手段を備えた加工装置
10. 前記視覚センサが、前記ワーク着脱手段に搭載されている請求項１から９のいずれか一つに記載のワーク着脱手段を備えた加工装置。

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