JP2018089850A - 成形機および成形品取出し装置を備える成形システム - Google Patents

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Abstract

【課題】成形品に対して成形品取出し装置によって高精度な作業を行う技術が求められている。【解決手段】成形システム10は、成形機と、成形機の金型に取り付けられたマスタワークを取り出し可能な成形品取出し装置14と、成形品取出し装置14がマスタワークを取り出したときに該マスタワークの位置を計測する計測部16と、前記計測部が計測したマスタワークの基準位置と検出位置との差をずれ量として算出するずれ量算出部66と、ずれ量算出部66が算出した前記ずれ量に基づいて、成形品に対して成形品取出し装置14が作業を行うときの作業位置を補正する補正部68とを備える。【選択図】図2

Description

本発明は、成形機および成形品取出し装置を備える成形システムに関する。
成形機の金型の段替えを行うときに、該金型を成形機に対して一定の位置に位置合わせする技術が知られている(例えば、特許文献1)。
特開2000−317949号公報
近年、成形機の金型で成形された成形品に対して、ロボット等から構成された成形品取出し装置によって高精度な作業(例えば、成形品にインサートを挿入する作業)を行う技術が求められている。
成形システムは、金型が設置された成形機と、金型に取り付けられたマスタワークを取り出し可能な成形品取出し装置と、成形品取出し装置が金型に取り付けられたマスタワークを取り出したときに該成形品取出し装置が保持している該マスタワークの位置を基準位置として計測する計測部を備える。
計測部は、該基準位置を計測した後に、成形品取出し装置が金型に取り付けられたマスタワークを取り出したときに該成形品取出し装置が保持している該マスタワークの位置を検出位置として計測する。
成形システムは、計測部が計測した基準位置と検出位置との差をずれ量として算出するずれ量算出部と、ずれ量算出部が算出したずれ量に基づいて、成形機が金型で成形した成形品に対して成形品取出し装置が作業を行うときの該成形品における作業位置を補正する補正部とを備える。
成形品取出し装置は、計測部が基準位置を計測した後に、金型に取り付けられたマスタワークを取り出す動作を繰り返し実行してもよい。計測部は、成形品取出し装置が金型に取り付けられたマスタワークを取り出す毎に、検出位置を計測してもよい。ずれ量算出部は、計測部が検出位置を計測する毎に、ずれ量を算出してもよい。
成形システムは、ずれ量算出部が算出した第1のずれ量と、該第1のずれ量の前にずれ量算出部が算出した第2のずれ量との差であるずれ量差を算出するずれ量差算出部をさらに備えてもよい。
成形システムは、ずれ量差算出部が算出したずれ量差が、予め定められた閾値以下であるか否かを判定する判定部をさらに備えてもよい。補正部は、作業位置として、成形品取出し装置が金型内の成形品を取り出すときの取り出し位置を、ずれ量に基づいて補正してもよい。
補正部は、作業位置として、成形品取出し装置が金型内の成形品にインサート部品を挿入するときの挿入位置を、ずれ量に基づいて補正してもよい。成形品取出し装置は、ロボットであってもよい。計測部は、マスタワークを撮像可能な撮像部を有してもよい。
一実施形態に係る成形システムの図である。 図1に示す成形システムのブロック図である。 図1に示す成形システムの動作フローの一例を示すフローチャートである。 図3中のステップS2の終了時の状態を示す図である。 図3中のステップS3で設定されるツール座標系の一例を示す図である。 図3中のステップS3の終了時の状態を示す図である。 図3中のステップS4で計測部が撮像した画像の一例を示す図である。 段替え後に金型が成形機に設置された状態を示す図である。 図1に示す成形システムの動作フローの一例を示すフローチャートである。 図9中のステップS22の終了時の状態を示す図である。 図9中のステップS23で設定されるツール座標系の一例を示す図である。 図9中のステップS23の終了時の状態を示す図である。 図9中のステップS24で計測部が撮像した画像の一例を示す図である。 図15中のステップS33で設定されるツール座標系の一例を示す図である。 図1に示す成形システムの動作フローの一例を示すフローチャートである。 他の実施形態に係る成形システムのブロック図である。 図16に示す成形システムの動作フローの一例を示すフローチャートである。 図17に示すフローの代替例を示すフローチャートである。 図17に示すフローのさらなる代替例を示すフローチャートである。 他の実施形態に係るマスタワークの図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する種々の実施形態において、同様の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。また、以下の説明においては、図1中のロボット座標系Cを方向の基準とし、便宜上、該ロボット座標系Cのx軸プラス方向を右方とし、y軸プラス方向を後方とし、z軸プラス方向を上方とする。
まず、図1および図2を参照して、一実施形態に係る成形システム10について説明する。成形システム10は、成形機12、ロボット14、計測部16、およびロボット制御装置18を備える。
成形機12は、例えば射出成形機またはダイキャスト成形機であって、金型設置部20および金型22を有する。
金型22には、キャビティ26が形成され、該キャビティ26内に樹脂等の材料が流し込まれる。成形機12は、金型22のキャビティ26内に材料を充填し、成形品を成形する。本実施形態においては、キャビティ26は、六角柱状の空間である。
ロボット14は、垂直多関節ロボットであって、ロボットベース28、旋回胴30、ロボットアーム32、手首部34、およびエンドエフェクタ36を有する。ロボットベース28は、作業セルの床の上に固定されている。旋回胴30は、鉛直軸周りに旋回可能となるように、ロボットベース28に設けられている。
ロボットアーム32は、旋回胴30に回動可能に連結された上腕部38と、該上腕部38の先端に回動可能に連結された前腕部40とを有する。手首部34は、前腕部40の先端に取り付けられ、エンドエフェクタ36を3軸周りに回動可能となるように支持している。
本実施形態においては、エンドエフェクタ36は、吸着面36a(図示せず)を有し、後述するマスタワーク54および成形品を吸着面36aで吸着して保持することができる。
吸着面36aは、例えば、空気吸引式吸着装置、電磁石、または吸盤から構成される。代替的には、エンドエフェクタ36は、後述するインサート部品を把持可能な把持部(図示せず)を有してもよい。該把持部は、例えば、開閉可能な指部を有するロボットハンドであってもよい。
ロボット14は、複数のサーボモータ42(図2)を有する。サーボモータ42は、旋回胴30、ロボットアーム32、および手首部34にそれぞれ内蔵され、ロボット制御装置18からの指令に応じて、これら要素を回動軸周りに回動させる。
ロボット14の各構成要素を制御するための自動制御の座標系として、ロボット座標系Cが設定される。ロボット制御装置18は、ロボット座標系Cを基準として、該ロボット12の各構成要素を動作させる。例えば、ロボット座標系Cのz軸は、実空間の鉛直方向に平行に配置され、旋回胴30は、ロボット座標系Cのz軸周りに回動される。
一方、エンドエフェクタ36に対しては、ツール座標系Cが設定される。このツール座標系Cは、ロボット座標系Cにおけるエンドエフェクタ36の位置および姿勢を規定する、自動制御の座標系である。
例えば、ツール座標系Cの原点が、エンドエフェクタ36の吸着面36aの中央に位置し、ツール座標系Cのz軸が、吸着面36aに直交するように、ツール座標系Cは、設定される。
ロボット制御装置18は、エンドエフェクタ36の位置および姿勢を、ツール座標系Cによって規定される位置および姿勢に一致させるように、ロボット座標系Cにおいて旋回胴30、ロボットアーム32、手首部34を動作させる。こうして、エンドエフェクタ36は、ロボット座標系Cにおいて任意の位置および姿勢に配置される。
計測部16は、例えば視覚センサであって、物品を撮像可能な撮像部を有する。撮像部は、例えばCCDまたはCMOSセンサといった撮像素子を有する。計測部16は、ロボット制御装置18からの指令に応じて、物品を撮像し、撮像した画像データを、ロボット制御装置18へ送信する。なお、計測部16の機能については、後述する。
ロボット制御装置18は、ロボット14の各構成要素を直接的または間接的に制御する。具体的には、図2に示すように、ロボット制御装置18は、CPU44、記憶部46、入力/出力インターフェース(I/Oインターフェース)48、および駆動部50を備える。
CPU44は、記憶部46、I/Oインターフェース48、および駆動部50と、バス52を介して通信可能に接続されており、これらの要素と通信しつつ、後述する各種プロセスを実行する。
記憶部46は、EEPROM(登録商標)等の、電気的に消去・記録可能な不揮発性メモリを有し、CPU44が各種プロセスを実行するのに要する定数、変数、設定値、プログラム等を、成形システム10の非動作時にも失われないように記録している。
また、記憶部46は、DRAMまたはSRAM等の、高速で読み書き可能なRAMを有し、CPU44が各種プロセスを実行するのに要するデータを一時的に保管する。また、該RAMには、不揮発性メモリに記録されている定数、変数、設定値、パラメータ、プログラム等が適宜展開され、CPU44は、該RAMに展開されたデータを、各種プロセスを実行するために利用する。
I/Oインターフェース48は、計測部16と通信可能に接続され、CPU44からの指令の下、計測部16からデータを受信する。I/Oインターフェース48は、例えばイーサネットポートまたはUSBポート等から構成され、計測部16と有線で通信してもよい。または、I/Oインターフェース48は、例えばWi−Fiまたは無線LANを介して、計測部16と無線で通信してもよい。
駆動部50は、CPU44からの指令の下、ロボット14に内蔵された各サーボモータ42を駆動する。具体的には、駆動部50は、例えばインバータまたはサーボアンプを有し、各サーボモータ42へ指令(速度指令、トルク指令等)を送り、これらサーボモータ42を駆動させる。
成形システム10は、マスタワーク54(図1)を用いて、金型設置部20に設置された金型22の位置の、適正位置からのずれ量を評価する。マスタワーク54は、金型22に形成されたキャビティ26に一致する六角柱の外形を有し、該キャビティ26内に隙間なく嵌め込むことができる。
より具体的には、マスタワーク54は、前面56と、該前面56とは反対側の後面58と、前面56と後面58との間で延在する側面60とを有する。前面56および後面58は、キャビティ26の外形に一致する六角形の形状を有する。側面60は、六角形の外形を有する筒状面であって、マスタワーク54の周囲に亘って延在する。
次に、成形システム10の動作について説明する。成形システム10を動作させるとき、最初に、図3に示す基準位置計測フローが実行される。ステップS1において、使用者は、金型設置部20に対して金型22を適正位置に設置する。この適正位置は、使用者が水平器などで金型22の上面が水平になるように回転方向に調整することによって定められる。
例えば、この適正位置は、金型22が金型設置部20に設置されたときに、金型22の上面が水平になるような、金型設置部20に対する金型22の位置として、定められる。図1は、金型22が、適正位置に配置された状態を示している。
ステップS2において、使用者またはロボット14は、マスタワーク54を、適正位置に設置された金型22のキャビティ26に嵌め込む。このとき、マスタワーク54の後面58が、キャビティ26の底面に面し、マスタワーク54の前面56が外部に面するように、マスタワーク54は、キャビティ26に嵌め込まれる。この状態を図4に示す。
本実施形態においては、マスタワーク54が図4に示すようにキャビティ26に嵌め込まれたとき、該マスタワーク54の前面56は、ロボット座標系Cのx−z平面と略平行となるように配置されている。
ステップS3において、ロボット制御装置18のCPU44は、マスタワーク54を金型22から取り出すマスタワーク取り出し動作を実行する。具体的には、CPU44は、ロボットプログラムに従って、ロボット14を以下のように動作させる。
まず、CPU44は、ツール座標系Cを図5に示すように設定する。図5に示す例においては、ツール座標系Cの原点(または、z軸)が、マスタワーク54の中心Oの前方に配置されている。
また、ツール座標系Cのz軸が、マスタワーク54の前面56(すなわち、ロボット座標系Cのx−z平面)と直交し、且つ、マスタワーク54の1つの頂角Aを、ツール座標系Cのx−y平面に投影したときの投影点が、ツール座標系Cのx軸上に配置されている。
次いで、CPU44は、駆動部50を通して、ロボット14に内蔵された各サーボモータ42に指令を送り、エンドエフェクタ36を、図5に示すツール座標系Cによって規定される位置および姿勢に配置させる。
エンドエフェクタ36が図5に示すツール座標系Cによって規定される位置および姿勢に配置されたとき、図5中の点線36に示すように、エンドエフェクタ36は、マスタワーク54に対して位置決めされる。そして、エンドエフェクタ36の吸着面36aは、マスタワーク54の前面56に当接する。
次いで、CPU44は、エンドエフェクタ36を動作させて、マスタワーク54の前面56を吸着面36aで吸着する。次いで、CPU44は、ツール座標系Cを、図6に示すように設定する。
図6に示す例においては、計測部16の撮像部の視線方向Bと、ツール座標系Cのz軸との、水平面(すなわち、ロボット座標系Cのx−y平面)における位置が、互いに略一致している。
次いで、CPU44は、駆動部50を通して、各サーボモータ42に指令を送り、エンドエフェクタ36を、図6に示すツール座標系Cによって規定される位置および姿勢に配置させる。
その結果、エンドエフェクタ36およびマスタワーク54は、図6に示すように、計測部16の上方に配置される。このようにして、CPU44は、ロボットプログラムに従って、マスタワーク取り出し動作を実行する。
このロボットプログラムは、例えば、ロボット14に上述のマスタワーク取り出し動作を教示することによって構築され、記憶部46に予め記憶される。ロボットプログラムは、マスタワーク取り出し動作を実行するためにCPU44が各サーボモータ42に送信する指令を含む。
このように、本実施形態においては、ロボット14は、金型22に取り付けられたマスタワーク54を取り出す成形品取出し装置として機能する。
ステップS4において、CPU44は、計測部16を動作させて、マスタワーク54の基準位置を計測する。具体的には、CPU44は、計測部16に位置計測指令を送る。計測部16は、CPU44から位置計測指令を受信すると、図6に示す状態のマスタワーク54を撮像する。
計測部16が撮像した画像の例を、図7に示す。なお、図7に示す画像62においては、理解の容易の観点から、図6のツール座標系Cを示している。計測部16は、撮像した画像62を、I/Oインターフェース48へ送信する。
CPU44は、I/Oインターフェース48を通して画像62を受信し、画像62におけるマスタワーク54の位置を、基準位置として記憶部46に記憶する。このように、計測部16は、ロボット14が保持しているマスタワーク54の画像を撮像することによって、該マスタワーク54の基準位置を計測する。
図3に示すフローが終了した後、使用者は、金型22を別の金型(図示せず)に段替えし、再度、同じ金型22を金型設置部20に設置する。このとき、図8に示すように、金型22が、金型設置部20に対して傾いたり、位置がずれたりする場合がある。
そこで、本実施形態に係る成形システム10は、このような金型22の適正位置からのずれ量を、上述のステップS4で取得したマスタワーク54の基準位置と比較することによって、算出する。
そして、成形システム10は、算出したずれ量に基づいて、成形機12が金型22で成形した成形品に対してロボット14が作業を行うときの、該成形品における作業位置を補正する。
以下、図9を参照して、作業位置補正動作について説明する。図9に示すフローは、図3に示すフローが終了し、図1に示す金型22が段替えされた後に、開始される。
ステップS21において、使用者は、金型22を金型設置部20に固定する。以下、このステップS21において、金型22が、図8に示すように、金型設置部20に傾いて固定された場合について説明する。
ステップS22において、使用者またはロボット14は、マスタワーク54を、図8に示す金型22のキャビティ26に嵌め込む。このとき、マスタワーク54の後面58が、キャビティ26の底面に面し、マスタワーク54の前面56が外部に面するように、マスタワーク54はキャビティ26に嵌め込まれる。この状態を図10に示す。
ステップS23において、ロボット制御装置18のCPU44は、ロボットプログラムに従って、上述のマスタワーク取り出し動作をロボット14に実行させて、図10に示すマスタワーク54を金型22から取り出す。
具体的には、CPU44は、ツール座標系Cを、図5と同じ原点位置および同じ軸方向となるように、設定する。この状態を、図11に示す。なお、図11においては、理解容易の観点から、図5におけるマスタワーク54の位置を点線54’として示している。
図11に示すように、金型22が金型設置部20に傾いて設置された場合、マスタワーク54の中心Oは、ツール座標系Cの原点(すなわち、z軸)から、該ツール座標系Cのx−y平面においてずれて配置されることになる。
次いで、CPU44は、駆動部50を通して、ロボット14に内蔵された各サーボモータ42に指令を送り、エンドエフェクタ36を、図11に示すツール座標系Cによって規定される位置および姿勢に配置させる。
エンドエフェクタ36が図11に示すツール座標系Cによって規定される位置および姿勢に配置されたとき、図11中の点線36に示すように、エンドエフェクタ36は、マスタワーク54に対して位置決めされる。そして、エンドエフェクタ36の吸着面36aは、マスタワーク54の前面56に当接する。
次いで、CPU44は、エンドエフェクタ36を動作させて、マスタワーク54の前面56を吸着面36aで吸着する。次いで、CPU44は、ツール座標系Cを、図6と同じ原点位置および同じ軸方向となるように、設定する。
次いで、CPU44は、駆動部50を通して、各サーボモータ42に指令を送り、エンドエフェクタ36を、設定したツール座標系Cによって規定される位置および姿勢に配置させる。
その結果、エンドエフェクタ36およびマスタワーク54は、図12に示すように、計測部16の上方に配置される。このようにして、CPU44は、図10に示すマスタワーク54に対して、マスタワーク取り出し動作を実行する。
ステップS24において、CPU44は、計測部16を動作させて、マスタワーク54の位置を計測する。具体的には、CPU44は、計測部16に位置計測指令を送る。計測部16は、CPU44から位置計測指令を受信すると、計測部16は、図12に示すようにエンドエフェクタ36に保持されたマスタワーク54を撮像する。
このときに計測部16が撮像した画像の例を、図13に示す。なお、図13に示す画像64においては、理解の容易の観点から、ツール座標系Cを示しており、また、図7に示すマスタワーク54の基準位置を点線54”で示している。
図13に示すように、画像64においては、マスタワーク54の中心Oは、ツール座標系Cの原点(すなわち、基準位置54”の中心)から、ツール座標系Cのx−y平面において距離δだけ、ずれている。
例えば、画像64を、ツール座標系Cのx−y平面で座標化したとき、基準位置54”の中心は、原点(0,0)として規定される。一方、マスタワーク54の中心Oの座標は、(−x,−y)となる。したがって、距離δ=(x +y 1/2となる。
また、マスタワーク54の中心Oと頂角Aとを結ぶ仮想線Dと、ツール座標系Cのx軸(すなわち、基準位置54”の中心と、該基準位置54”の頂角A”とを結ぶ仮想線)との間には、ツール座標系Cのz軸周りの角度θが、形成されている。
計測部16は、撮像した画像64を、I/Oインターフェース48へ送信する。CPU44は、I/Oインターフェース48を通して画像64を受信し、画像64におけるマスタワーク54の位置を、検出位置として記憶部46に記憶する。
ステップS25において、CPU44は、基準位置と検出位置との差をずれ量として算出する。具体的には、CPU44は、ステップS4で記憶した、画像62におけるマスタワーク54の基準位置と、ステップS24で記憶した、画像64におけるマスタワーク54の検出位置とを、記憶部46から読み出す。
一例として、CPU44は、図7に示す画像62を画像解析し、画像62中のマスタワーク54の中心(すなわち、図13中の基準位置54”の中心)を検出する。そして、CPU44は、検出した基準位置54”の中心を、ツール座標系Cのx−y平面で座標化した座標P(0,0)を算出する。
一方、CPU44は、図13に示す画像64を画像解析し、画像64のマスタワーク54の中心Oを検出する。そして、CPU44は、検出した画像64中の中心Oを、ツール座標系Cのx−y平面で座標化した座標P(−x,−y)を算出する。そして、CPU44は、座標Pから座標PへのベクトルV(−x,−y)を、基準位置と検出位置とのx−y平面における差を表すずれ量として算出する。
また、CPU44は、図7に示す画像62を画像解析し、画像62のマスタワーク54の中心Oと頂角Aとを結ぶ仮想線D(図7)を算出する。本実施形態においては、仮想線Dは、ツール座標系Cのx軸と一致している。
一方、CPU44は、図13に示す画像64を画像解析し、画像64のマスタワーク54の中心Oと頂角Aとを結ぶ仮想線Dを算出する。そして、CPU44は、仮想線D(すなわち、ツール座標系Cのx軸)と仮想線Dとの間の角度θを、基準位置と検出位置とのz軸周りの差を表すずれ量として算出する。
そして、CPU44は、算出したベクトルV(−x,−y)および角度θを、記憶部46に記憶する。このように、本実施形態においては、CPU44は、ずれ量を算出するずれ量算出部66(図2)として機能する。
ステップS26において、CPU44は、後述するステップS33にてロボット14が成形品に対して作業(例えば、成形品を取り出す作業、または、成形品にインサート部品を挿入する作業)を行うときの、該成形品における作業位置を補正する。
一例として、CPU44は、後述のステップS33にて成形品に対する作業を行うときに設定するツール座標系Cの位置を、ステップS25で算出したずれ量だけ移動させるように、ロボットプログラムを補正する。
ここで、CPU44が、後述のステップS33でロボット14が成形品に対して作業を行うとき、ツール座標系Cを図11に示すように設定するものと仮定する。
この場合、CPU44は、後述のステップS33で設定するツール座標系Cの原点(すなわち、z軸)を、図11に示す位置から、該ツール座標系Cのx−y平面内で、ベクトルV(−x,−y)だけ移動させる(つまり、x軸マイナス方向へx,y軸マイナス方向へyだけ移動させる)。
また、CPU44は、後述のステップS33で設定するツール座標系Cを、図11に示す位置から、z軸周りに、図11中の矢印Eに示す方向へ角度θだけ回転させる。その結果、ツール座標系Cは、図14に示す位置に変更される。このようにして、CPU44は、ステップS33の実行時のツール座標系Cの設定を変更するように、ロボットプログラムを補正する。
また、他の例として、CPU44は、後述のステップS33で図11に示すように設定したツール座標系Cにエンドエフェクタ36を配置させた後、該エンドエフェクタ36を、ステップS25で算出したずれ量だけ、さらに移動させてもよい。
この場合、CPU44は、図11に示すツール座標系Cに配置したエンドエフェクタ36を、該ツール座標系Cのx−y平面内で、ベクトルV(−x,−y)だけ移動させる。
これとともに、CPU44は、エンドエフェクタ36を、z軸周りに図11中の矢印Eに示す方向へ角度θだけ回転させる。このような動作を実行するように、CPU44は、ロボットプログラムを補正する。
図9に示すフロー実行した後、CPU44は、図15に示すフローを実行する。ステップS31において、成形機12は、金型22で成形品を成形する。具体的には、金型22のキャビティ26内に樹脂等の材料が流し込まれる。そして、成形機12は、金型22のキャビティ26内に材料を充填し、成形品を成形する。
ステップS32において、CPU44は、使用者、上位コントローラ、または成形プログラムから、成形品に対して作業を行う作業指令を受け付けたか否かを判定する。この作業指令は、例えば、金型22内の成形品を取り出す作業、または、金型22内の成形品にインサート部品を挿入する作業をロボット14に実行させるための指令を含む。
CPU44は、作業指令を受け付けた(すなわち、YES)と判定した場合、ステップS33へ進む。一方、CPU44は、作業指令を受け付けていない(すなわち、NO)と判定した場合、ステップS34へ進む。
ステップS33において、CPU44は、成形品に対して作業を行う。一例として、上述のステップS26でツール座標系Cの設定を変更するようにロボットプログラムを補正した場合、CPU44は、図14に示すようにツール座標系Cを設定する。
次いで、CPU44は、該ツール座標系Cによって規定される位置および姿勢にエンドエフェクタ36を配置させ、エンドエフェクタ36の吸着面36aで成形品の前面を吸着する。そして、CPU44は、ロボット14を動作させて、エンドエフェクタ36で保持した成形品を金型22から取り出す。
ここで、吸着面36aが吸着する成形品における位置(取り出し位置)は、ステップS25で算出したずれ量に応じて、補正されている。したがって、仮に、金型22の段替え時に金型22が図8に示すように傾いて設置されていたとしても、エンドエフェクタ36を成形品に対して同じ位置および姿勢に配置させることができるので、該成形品を確実に取り出すことができる。
または、CPU44は、図14に示すツール座標系Cにエンドエフェクタ36を配置させて、該エンドエフェクタ36に設けられた把持部で把持したインサート部品を、成形品に形成された挿入位置に挿入する。
ここで、エンドエフェクタ36がインサート部品を成形品に挿入する挿入位置は、ステップS25で算出したずれ量に応じて、補正されている。したがって、仮に、金型22の段替え時に金型22が図8に示すように傾いて設置されていたとしても、エンドエフェクタ36を成形品に対して同じ位置および姿勢に配置させることができるので、インサート部品を挿入位置に確実に挿入できる。
また、他の例として、上述のステップS26で、エンドエフェクタ36を移動させるようにロボットプログラムを補正した場合、CPU44は、図11に示すようにツール座標系Cを設定し、該ツール座標系Cにエンドエフェクタ36を配置させる。
次いで、CPU44は、ロボット14を動作させて、エンドエフェクタ36を、該ツール座標系Cのx−y平面内でベクトルV(−x,−y)だけ移動させるとともに、z軸周りに図11中の矢印Eに示す方向へ角度θだけ回転させる。
これにより、このステップS33でエンドエフェクタ36が成形品に対して作業するときの作業位置を、ステップS25で算出したずれ量に応じて補正することができるので、仮に金型22が傾いて設置されていたとしても、エンドエフェクタ36を成形品に対して同じ位置および姿勢に配置させることができる。
ステップS34において、CPU44は、使用者、上位コントローラ、または成形プログラムから、動作停止指令を受け付けたか否かを判定する。CPU44は、動作停止指令を受け付けた(すなわち、YES)と判定した場合、ロボット14を停止し、図15に示すフローを終了する。一方、CPU44は、動作停止指令を受け付けていない(すなわち、NO)と判定した場合、ステップS32へ戻る。
上述したように、本実施形態においては、CPU44は、適正位置に設置されたマスタワーク54を取り出したときに計測した基準位置と、基準位置計測後に設置されたマスタワーク54を取り出したときに計測した検出位置との間のずれ量(ベクトルV、角度θ)を算出する(ステップS25)。
そして、CPU44は、算出したずれ量に基づいて、ステップS33でロボット14が成形品に対して作業(成形品取り出し作業、インサート部品挿入作業)するときの作業位置(成形品取り出し位置、インサート挿入位置)を補正している(ステップS26)。
この構成によれば、金型22を金型設置部20に設置する毎にロボット14にステップS33の動作を再教示することなく、金型22の適正位置からのずれ量に応じて、該ロボット14の作業位置を自動的に補正できる。したがって、ロボット14に作業位置に対して高精度に作業を行わせることができる。
また、本実施形態によれば、成形品取出し装置として機能するロボット14と、計測部16があれば、ロボット14の作業位置の補正を行えるので、成形システム10の構成をコンパクトにすることができる。また、既存の金型を用いる場合でも、作業位置の補正のために金型を加工する必要がない。また、計測部16が金型の外にあるため、金型内で計測部16の焦点距離を確保できない金型に対しても使用できる。
次に、図1および図16を参照して、他の実施形態に係る成形システム70について説明する。成形システム70は、成形機12、ロボット14、計測部16、およびロボット制御装置72を備える。ロボット制御装置72は、CPU74、記憶部46、I/Oインターフェース48、および駆動部50を備える。
CPU74は、上述のCPU44と同様に、記憶部46、I/Oインターフェース48、および駆動部50と、バス52を介して通信可能に接続されており、これらの要素と通信しつつ、後述する各種プロセスを実行する。
次に、図17を参照して、成形システム70の動作について説明する。まず、成形システム70は、上述の成形システム10と同様に、図3に示す基準位置計測フローを実行する。次いで、成形システム70は、図17に示す作業位置補正動作を実行する。
なお、図17に示すフローにおいて、図3に示すフローと同様のプロセスには同じステップ番号を付し、重複する説明を省略する。図17に示すフローは、図3に示すフローが終了し、図1に示す金型22が段替えされた後に、開始される。
ここで、図17に示すフローにおいては、後述するステップS44でYESと判定するまで、ステップS22〜S44をループする。以下、第n回目のループが実行されている場合について、説明する。
第n回目のステップS22〜S23を実行した後、ステップS41において、CPU74は、ずれ量算出部66(図16)として機能して、ずれ量を算出する。
具体的には、CPU74は、上述のステップS4で取得した画像(例えば、画像62)に含まれる基準位置と、第n回目に実行したステップS24で取得した画像(例えば、画像64)に含まれる検出位置とから、上述の実施形態と同様の手法で、ベクトルV(x,y)および角度θを、ずれ量として算出する。
また、CPU44は、算出したベクトルV(x,y)から、基準位置と検出位置との間の距離δ=(x +y 1/2を算出する。そして、CPU74は、算出したベクトルV(x,y)、角度θ、および距離δを、記憶部46に記憶する。
ステップS42において、CPU74は、補正部68(図16)として機能して、直近のステップS41で算出したずれ量に基づいて、上述のステップS26と同様に、ステップS33でロボット14が成形品に対して作業を行うときの作業位置を補正する。
ステップS43において、CPU74は、ずれ量差を算出する。具体的には、CPU74は、第n−1回目に実行したステップS41で記憶した距離δn−1=(xn−1 +yn−1 1/2と、第n回目に実行したステップS41で記憶した距離δ=(x +y 1/2とを、記憶部46から読み出す。
そして、CPU74は、距離δn−1と距離δとの差Δ=|δ−δn−1|=|(x +y 1/2−(xn−1 +yn−1 1/2|を、ずれ量差Δとして算出する。このように、本実施形態においては、CPU74は、ずれ量差Δを算出するずれ量差算出部76(図16)として機能する。
ステップS44において、CPU74は、直近のステップS43で算出したずれ量差Δが予め定められた閾値α以下(Δ≦α)であるか否かを判定する。この閾値αは、ずれ量差Δに対して予め定められ、記憶部46に記憶される。
CPU74は、直近のステップS43で算出したずれ量差Δが閾値α以下(Δ≦α)である場合、YESと判定し、図17に示すフローを終了する。一方、CPU74は、ずれ量差Δが閾値αよりも大きい(Δ>α)場合、NOと判定し、ステップS22へ戻る。
このように、本実施形態においては、CPU74は、ずれ量差Δが予め定められた閾値α以下であるか否かを判定する判定部78(図16)として機能する。図17に示すフローを実行した後、CPU74は、上述の実施形態と同様に、図15に示すフローを実行する。
このように、本実施形態においては、CPU74は、ステップS43で算出したずれ量差Δが所定の閾値α以下となるまで、ステップS22〜S44をループしている。この動作の技術的意義について、以下に説明する。
金型22の外部に面する前面が曲面である成形品を成形する場合がある。この場合、該成形品に対応するマスタワーク54の前面56も、曲面となる。このようなマスタワーク54の前面56を、ロボット14のエンドエフェクタ36で吸着した場合、エンドエフェクタ36が前面56を吸着する位置が、図17中のステップS23を繰り返し実行する毎に、前面56の曲面形状に起因して変動し得る。
このような変動により、ステップS41で算出するずれ量にも、前面56の曲面形状に起因する誤差が含まれてしまう。
ここで、本発明者は、鋭意検討の結果、このような誤差が、マスタワーク取り出し動作(S23)、検出位置の計測(ステップS24)、およびずれ量の算出(ステップS41)の一連の動作を繰り返し実行することによって漸減することを発見した。
そこで、本実施形態においては、このような誤差を許容できる範囲まで小さくした上でずれ量を算出するために、CPU74は、図17中のステップS22〜S44のループを実行している。
これにより、成形品の形状に起因してずれ量に含まれる誤差を小さくすることができ、ずれ量をより高精度に算出することができる。したがって、成形品の形状に関わらず、ステップS33の実行時に、ロボット14によって作業位置に対して高精度に作業を行わせることができる。
なお、図17に示すフローにおいては、CPU74は、ステップS43で算出したずれ量差Δが閾値α以下となったときに、ステップS41で算出したずれ量に含まれ得る誤差が許容範囲まで小さくなったものと見做して、図17に示すフローを終了している。
しかしながら、これに限らず、CPU74は、ステップS22〜S42を実行した回数が予め定められた回数に達したときに、ずれ量に含まれ得る誤差が許容範囲まで小さくなったものと見做してもよい。
以下、図18を参照して、図17に示す作業位置補正動作の代替例について説明する。図18に示す作業位置補正動作のフローにおいては、CPU74は、後述するステップS52でYESと判定するまで、ステップS22〜S52をループする。図18に示すフローは、図17に示すフローと、ステップS51およびS52において相違する。
ステップS42の後、ステップS51において、CPU74は、ステップS22〜S42を実行した実行回数「n」を、「1」だけインクリメントする(すなわち、n=n+1)。
例えば、第1回目のステップS22〜S52のループを実行している場合、CPU74は、このステップS51において、実行回数「n」を、「0」から「1」にインクリメントする。CPU74は、インクリメントした実行回数「n」を、記憶部46に記憶する。
ステップS52において、CPU74は、実行回数「n」が、予め定められた閾値βよりも大きいか否かを判定する。この閾値βは、1以上の整数として使用者によって予め定められ(例えば、β=10)、記憶部46に記憶される。
このステップS52において、CPU74は、閾値βと、現時点で記憶部46に記憶されている実行回数「n」とを、該記憶部46から読み出す。そして、CPU74は、実行回数「n」と閾値βとを比較して、実行回数「n」が閾値βよりも大きいか否かを判定する。
CPU74は、実行回数「n」が閾値βよりも大きい(n>β)場合、YESと判定し、図18に示すフローを終了する。一方、CPU74は、実行回数「n」が閾値β以下(n≦β)である場合、NOと判定し、ステップS22へ戻る。
このように、図18に示すフローにおいては、CPU74は、ステップS22〜S42の実行回数が予め定められた回数に達したときに、ずれ量に含まれ得る誤差が許容範囲まで小さくなったものと見做し、作業位置補正動作を終了している。
この構成によれば、図17に示すフローと同様に、成形品の形状に起因してずれ量に含まれる誤差を小さくすることができ、ずれ量をより高精度に算出することができる。したがって、成形品の形状に関わらず、ステップS33の実行時に、ロボット14によって作業位置に対して高精度に作業を行わせることができる。
次に、図19を参照して、図17に示す作業位置補正動作のさらなる代替例について説明する。図19に示す作業位置補正動作のフローは、例えば、図15のステップS33においてロボット14が成形品を取り出す作業を行う場合に適用される。
ステップS42の後、ステップS61において、CPU74は、ロボット14を動作させて、ステップS23で取り出したマスタワーク54を、再度、キャビティ26に嵌め込む。
例えば、上述のステップS42でツール座標系Cの設定を変更するようにロボットプログラムを補正した場合、CPU74は、変更後のツール座標系C(図14)を金型設置部20に対して設定する。
次いで、CPU74は、駆動部50を通して、ロボット14に内蔵された各サーボモータ42に指令を送り、エンドエフェクタ36を、変更後のツール座標系Cによって規定される位置および姿勢に配置させることによって、マスタワーク54をキャビティ26に嵌め込む動作を実行する。
ステップS62において、CPU74は、マスタワーク54がキャビティ26に適切に嵌め込まれたか否かを判定する。仮に、直近のステップS41で算出したずれ量に含まれ得る誤差が十分に小さくなっていた場合、ステップS42で補正された作業位置(すなわち、変更後のツール座標系C)に従ってステップS61を実行することによって、マスタワーク54をキャビティ26に適切に嵌入させることができる。
一方、直近のステップS41で算出したずれ量に含まれ得る誤差が大きい場合は、補正後の作業位置(すなわち、変更後のツール座標系C)に従ってステップS61を実行したとしても、マスタワーク54をキャビティ26に適切に嵌入できない。
図19に示すフローにおいては、CPU74は、ステップS41で算出したずれ量に含まれ得る誤差が許容範囲まで小さくなったか否かを判断するために、ステップS42で補正された作業位置に従ってステップS61を実行し、マスタワーク54をキャビティ26に適切に嵌入されたか否かを判定する。
一例として、CPU74は、ステップS61を実行している間に、各サーボモータ42からのフィードバック(フィードバック電流、または負荷トルク等)を監視する。そして、CPU74は、このステップS62において、該フィードバックが予め定められた許容範囲内であるか否かを判定する。
仮に、ステップS61の実行中にマスタワーク54がキャビティ26に適切に嵌入できない場合、マスタワーク54が金型22の前面と係合し、マスタワーク54をキャビティ26内に押し入れることができなくなる。この場合、各サーボモータ42に作用する負荷トルクが増大し、これにより、各サーボモータ42からのフィードバックが異常に変動することになる。
CPU74は、各サーボモータ42からのフィードバックが予め定められた許容範囲内であるか否かを判定することによって、ステップS61の実行中にマスタワーク54がキャビティ26に適切に嵌入できたか否かを判定できる。
CPU74は、ステップS61の終了までフィードバックが許容範囲であった場合、YESと判定し、図19に示すフローを終了する。一方、CPU74は、フィードバックが許容範囲外となった場合、NOと判定し、ステップS22へ戻る。そして、ステップS22において、使用者は、マスタワーク54を、金型22のキャビティ26に嵌め込む。こうして、CPU74は、ステップS62でYESと判定するまで、ステップS22〜S62をループする。
このように、図19に示すフローにおいては、CPU74は、ステップS42で補正した作業位置に従ってロボット14を動作させて、マスタワーク54をキャビティ26に嵌入する動作を行っている。そして、CPU74は、マスタワーク54をキャビティ26に適切に嵌入できた場合に、ステップS41で算出したずれ量に含まれ得る誤差が許容範囲まで小さくなったものと見做し、作業位置補正動作を終了している。
この構成によれば、図17に示すフローと同様に、成形品の形状に起因してずれ量に含まれる誤差を小さくすることができ、ずれ量をより高精度に算出することができる。したがって、成形品の形状に関わらず、ステップS33の実行時に、ロボット14によって作業位置に対して高精度に作業(すなわち、成形品を取り出す作業)を行わせることができる。
なお、上述のステップS4において、CPU44は、図7に示す画像62を画像解析し、画像62のマスタワーク54の如何なる特徴点(例えば、頂角A)を検出し、検出した特徴点のツール座標系Cの座標P(x,y)を算出してもよい。
この場合、CPU44は、ステップS25において、図13に示す画像64を画像解析し、基準位置の特徴点に対応する、画像64のマスタワーク54の特徴点(例えば、頂角A)を検出し、検出した特徴点のツール座標系Cの座標P(x,y)を算出する。
そして、CPU44は、座標Pから座標PへのベクトルV(x−x,y−y)を、基準位置と検出位置とのx−y平面における差を表すずれ量として算出してもよい。
また、CPU44は、上述のステップS25において、頂角Aおよび仮想線Dに限らず、マスタワーク54に設けられたマークまたは形状を基準として、ずれ量を算出してもよい。
このような実施形態について、図20を参照して説明する。図20(a)に示すマスタワーク54の前面56には、マーク80が付されている。このマーク80は、点82と直線84とを含む。
CPU44は、上述のステップS25において、上述の頂角Aの代わりに点82を検出し、検出した点82のツール座標系Cの座標P(x,y)を算出してもよい。また、CPU44は、上述のステップS25において、上述の仮想線D、Dの代わりに直線84を検出し、基準位置の直線84と検出位置の直線84との間の角度θをずれ量として算出してもよい。
一方、図18(b)に示すマスタワーク54の前面56には、直線状の切り欠き82が形成されている。CPU44は、上述のステップS25において、上述の頂角Aの代わりに切り欠き82の端部82aを検出し、検出した端部82aのツール座標系Cの座標P(x,y)を算出してもよい。
また、CPU44は、上述のステップS25において、上述の仮想線D、Dの代わりに切り欠き82を検出し、基準位置の切り欠き82の延在方向と、検出位置の切り欠き82の延在方向との間の角度θを、ずれ量として算出してもよい。
また、計測部16に対してセンサ座標系を設定し、上述のステップS4において、CPU44は、図7に示す画像62のマスタワーク54の特徴点(中心、頂角A)を検出し、検出した特徴点のセンサ座標系の座標P(x,y)を算出してもよい。
この場合、CPU44は、ステップS25において、図13に示す画像64を画像解析し、基準位置の特徴点に対応する、画像64のマスタワーク54の特徴点(例えば、頂角A)を検出し、検出した特徴点のセンサ座標系の座標P(x,y)を算出する。
そして、CPU44は、座標Pから座標PへのベクトルV(x−x,y−y)を、基準位置と検出位置とのx−y平面における差を表すずれ量として算出してもよい。このセンサ座標系は、例えば、図7に示すツール座標系Cと同様に設定され得る。
また、計測部16は、撮像部に限らず、例えばレーザ変位計のような、マスタワーク54の形状を検出可能な如何なるセンサを有してもよい。また、エンドエフェクタ36は、開閉可能な指部を有するロボットハンドであってもよい。
また、ロボット14の代わりに、例えばローダを適用し、該ローダによって成形品取出し装置を構成してもよい。また、キャビティ26およびマスタワーク54は、六角柱に限らず、如何なる形状を有してもよい。
以上、発明の実施形態を通じて本発明を説明したが、上述の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、本発明の実施形態の中で説明されている特徴を組み合わせた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得るが、これら特徴の組み合わせの全てが、発明の解決手段に必須であるとは限らない。さらに、上述の実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることも当業者に明らかである。
また、特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、工程、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」、「次いで」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
10,70 成形システム
12 成形機
14 ロボット
16 計測部
18,72 ロボット制御装置
22 金型
44,74 CPU
54 マスタワーク

Claims (6)

  1. 金型が設置された成形機と、
    前記金型に取り付けられたマスタワークを取り出し可能な成形品取出し装置と、
    前記成形品取出し装置が前記金型に取り付けられた前記マスタワークを取り出したときに該成形品取出し装置が保持している該マスタワークの位置を基準位置として計測し、該基準位置を計測した後に、前記成形品取出し装置が前記金型に取り付けられた前記マスタワークを取り出したときに該成形品取出し装置が保持している該マスタワークの位置を検出位置として計測する計測部と、
    前記計測部が計測した前記基準位置と前記検出位置との差をずれ量として算出するずれ量算出部と、
    前記ずれ量算出部が算出した前記ずれ量に基づいて、前記成形機が前記金型で成形した成形品に対して前記成形品取出し装置が作業を行うときの該成形品における作業位置を補正する補正部と、を備える、成形システム。
  2. 前記成形品取出し装置は、前記計測部が前記基準位置を計測した後に、前記金型に取り付けられた前記マスタワークを取り出す動作を繰り返し実行し、
    前記計測部は、前記成形品取出し装置が前記金型に取り付けられた前記マスタワークを取り出す毎に、前記検出位置を計測し、
    前記ずれ量算出部は、前記計測部が前記検出位置を計測する毎に、前記ずれ量を算出し、
    前記成形システムは、
    前記ずれ量算出部が算出した第1の前記ずれ量と、該第1のずれ量の前に前記ずれ量算出部が算出した第2の前記ずれ量との差であるずれ量差を算出するずれ量差算出部と、
    前記ずれ量差算出部が算出した前記ずれ量差が、予め定められた閾値以下であるか否かを判定する判定部と、をさらに備える、請求項1に記載の成形システム。
  3. 前記補正部は、前記作業位置として、前記成形品取出し装置が前記金型内の前記成形品を取り出すときの取り出し位置を、前記ずれ量に基づいて補正する、請求項1または2に記載の成形システム。
  4. 前記補正部は、前記作業位置として、前記成形品取出し装置が前記金型内の前記成形品にインサート部品を挿入するときの挿入位置を、前記ずれ量に基づいて補正する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の成形システム。
  5. 前記成形品取出し装置は、ロボットである、請求項1〜4のいずれか1項に記載の成形システム。
  6. 前記計測部は、前記マスタワークを撮像可能な撮像部を有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の成形システム。
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