JP2020082346A - 治具を追跡するロボットテーブルを用いた連続加工 - Google Patents

Abstract

【課題】加工セルの筐体内に配置されたロボット、工作機械、テーブル及び未加工部品供給部を含む、連続的加工処理を制御するための装置及び方法の提供。【解決手段】テーブルは、部品を保持する第１バイス及び第２バイスを有する。ロボットが加工済部品を一方のバイスから取り出して未加工部品を該バイスに配置するように操作されている間、工作機械は他方のバイスで未加工部品を加工するように操作される。テーブルは回転可能でもよいし、固定されてもよい。ロボットは、加工済部品を筐体から排出するために、取り出した加工済部品を出口コンベヤ上に配置する。【選択図】図２

Description

本発明は、ロード／アンロード、及び／又は同期を要する他の処理のための機械加工治具を追跡するロボットテーブルを用いた連続加工処理に関する。

本節は、必ずしも従来技術ではない本開示に関連する背景技術情報を提供する。

典型的に、部品加工セルは、工作機械及び部品保持治具が搭載された筐体を有する。治具に保持された未加工の部品が機械加工部内で加工されると、筐体のドアが開き、加工済部品を取り出して別の未加工部品を治具に搭載することができる。この部品交換は、筐体外部のロボット、複数の未加工部品を保持するイケール（tombstone）の交換、及び複数の未加工部品を保持するパレットチェンジャを含むいかなる構成によっても実行可能である。これらの構成の各々では、部品交換のために機械加工処理を中断しなければならないという短所がある。

従来技術に係る構成のさらなる短所は、交換に要する時間に加え、筐体のドアが開閉しなければならないことである。これらの短所は、工作機械が部品交換中に運転を中断している間の生産ロスにつながる。

米国特許第４３５９８１５号が開示するマシニングセンタは、該マシニングセンタの主軸に接近可能な操作ハンドを有するロボットと、機械本体に搭載された工具格納マガジンと、機械本体の近傍の床に配置されたワーク供給テーブルと、ワークテーブルとを有し、切削工具の交換は、操作ハンドによって工具格納マガジンと主軸との間で行われ、さらにワークの交換も、操作ハンドによって工具格納マガジンとワークテーブルとの間で行われる。

米国特許第４６１２６９７号が開示する自動工作機械は、該工作機械が加工中にワークを自動でロード、アンロードできるようにするためのワーク搬送装置を有する。この自動工作機械は、積載された未加工材料からワークを選択し、そのワークを機械加工ステーションに搬送し、さらに積載された未加工材料から新たなワークを、人間の介入なしに選択する能力を備える。

米国特許第５６４０７５６号が開示する自動連続製造システムは、操作中にワークを保持する複数のワーク支持体を備えた回転可能なワークテーブルと、ワーク支持体に保持されたワークの洗浄、前処理、処理又は組立の作業を行う複数のワークステーションとを有する。ワークテーブルで行われる各作業は、それぞれのワークステーションで実行される。いくつかのワークステーションは、特定の作業を行うための、取り外し可能なステーションサブアセンブリを含む。取り外し可能なステーションサブアセンブリは、回転ワークテーブルに着脱可能に係合し、他の所望の作業を行うための他のステーションサブアセンブリと交換可能である。ワークステーションの１つは、個々のワーク支持体からワークを受け取るために、回転ワークテーブルに係合するアセンブリステーションである。またアセンブリステーションは、さらなる組立てのためにワークをワーク支持体から取り外すための取り外しアセンブリを有する。オリエンテーションサブアセンブリもアセンブリステーションを備えるとともに、クイックチェンジリリース部材によって取り外しサブアセンブリに近接配置され、容易に取り外され又は他のオリエンテーションサブアセンブリと交換可能である。オリエンテーションサブアセンブリは、ワークの整列部材の位置を検出する位置検出器を含む。

米国特許第７７２６００４号は、工程数の変更や設計が容易でかつ設置コストを低減するように構成された、自動機械加工システムの加工セルを開示する。加工セルの制御装置は、自動機械加工システムの加工部に配置された加工セルの各位置における操作に必要な全ての位置データを記憶する操作データ記憶手段と、設置後の位置を指定する位置指定手段とを有する。制御装置は、位置指定手段によって指定された位置に従い、操作データ記憶手段から操作に必要なデータを読み出す。よって各セルの操作は位置によって切り替え可能であり、加工セルは容易に位置変更や量的調整が可能である。

米国特許出願公開第２０１２／０１９５７１８号は、機械加工目的の工作機械の加工チャンバに対して、１つ以上のワークを供給し又は取り出すためのフィード・ロード装置を開示する。フィード・ロード装置は、案内経路上を移動可能な少なくとも２つのワークキャリアを有する。ワークキャリアは、少なくとも１つのワークを取り出すように機能する。案内経路には、該案内経路上のワークの搬送方向に対して有角の又は傾斜した、駆動部によって可動の案内経路部がもうけられる。案内経路部は、少なくとも１つのワークキャリアを取り出すことができる。案内経路部は、加工チャンバの方向にロード及びアンロードする目的で変位する。

中国特許出願公開第１０３９２１１５８号は、機械部及び制御部を備えた、ロボットをベースとした自動供給・排出システムを開示する。機械部は、搬送装置、柱梁装置、旋盤装置、ロボット装置、誘導装置及び排出装置を含む。搬送装置は、搬送作業台及び搬送サーボモータを有し、搬送作業台は搬送サーボモータを備え、搬送サーボモータの出力軸は、搬送ベルトによって搬送同期ベルトホイールに連結される。旋盤装置は、ワーク加工における第１加工処理及び第２加工処理を行うために使用される第１旋盤及び第２旋盤を有する。このシステムは、予め設定された方法に従って、ワークを並べて正確に位置決めでき、種々の処理ができるようにワークを数値制御工作機械に対して把持でき、処理の完了後はワークを取り出して完成品箱内に配置することができる。

中国特許出願公開第１０４７２３１１５号が開示する全自動のロボット支援加工製造ラインは、複数の数値制御工作機械、ロボット支援装置及ロボット制御ボックスを有する。数値制御工作機械は２列に分けられ、２列の数値制御工作機械は互いに対向し、ロボット支援装置は２列の数値制御工作機械の間に配置され、ロボット支援装置の２つの端部には供給テーブル及び排出テーブルがそれぞれ配置される。全自動ロボット支援加工製造ラインの長所は、２列の連続配置された数値制御工作機械に対して、ロボット支援装置によって材料が自動で供給・排出されること、複数の製造ラインの制御を１人で行えること、製造ラインを大幅に短くできること、生産や機械加工の効率が向上すること、労働集約度及び労働コストが低減できること、そしてヒューマンファクタに起因する種々の問題が効率的に解消され得ることである。

本開示では、筐体のドアを開けたり加工を中断したりすることなく部品交換を行える、連続的な加工プロセスのための装置及び方法が驚くほどに明らかになる。

本発明は、機械加工部品の生産率を上昇させる方法に関する。

機械加工セルの筐体内にロボットを配置することは、部品交換のために筐体のドアを開ける必要性を排除する。本開示の方法は、部品の位置を監視するために、特別なトラッキングソフトウェアを使用する。２つのロード／アンロードバイス（load/unload vises）により、一方のバイスで部品が加工されている間に、ロボットが他方のバイスに対して作業を行うことが可能になる。従って、一方のバイスで部品交換を行っている間、他方のバイスで加工が続行される。この操作方法は、部品交換を待つ間、工作機械が稼働しない時間を削減する。

本発明に係る、連続加工処理を行うための方法は、工作機械と、第１位置と第２位置との間を回転可能であるとともに、部品を保持する第１バイス及び第２バイスを有するテーブルと、未加工部品供給部とを備えた筐体の内部にロボットを配置するステップと、ロボットが、未加工部品供給部から第１未加工部品を取り出し、テーブルが第１位置にありかつ工作機械が第１バイス内の第２未加工部品を加工している間に第１未加工部品を第２バイス内に配置し、次に第２バイスから退避するように、ロボットを操作するステップと、第２未加工部品の加工が完了して加工済部品が形成されたときに、テーブルを第２位置に向けて１８０°回転させるステップと、工作機械が第１未加工部品を加工している間、ロボットを操作して第１バイスから加工済部品を取り出すステップと、を含む。

上記方法は、第１バイスから取り出した加工済部品を出口コンベヤ上に配置するようにロボットを操作し、加工済部品を筐体から排出するように出口コンベヤを操作することを含み得る。上記方法は、工作機械が第２未加工部品における加工処理の所定部分を完了した後に、ロボットが第１未加工部品を第２バイス内に配置するようにロボットを操作することをさらに含み得る。また上記方法は、ロボットが、第１未加工部品を取り出した後に退避位置に移動し、第１未加工部品を第２バイス内に配置する前に、工作機械が第２未加工部品における加工処理の所定部分を完了するまで退避位置で待機するように、ロボットを操作することを含み得る。

本方法では、未加工部品を取り出して配置するステップ、未加工部品を加工するステップ、及びテーブルを回転させて加工済部品の取り出すステップを、複数の未加工部品について反復して、連続的な加工処理を実行し得る。

本発明に係る、連続加工処理を行うための方法は、ロボットと、工作機械と、第１位置と第２位置との間を回転可能であるとともに、部品を保持する第１バイス及び第２バイスを有するテーブルと、未加工部品供給部とを、筐体の内部に配置するステップと、第１バイスが工作機械に近接しかつ第２バイスがロボットに近接する第１位置にテーブルを回転させるステップと、第１バイスにおいて、ある未加工部品を加工するように工作機械を操作するステップと、未加工部品供給部から他の未加工部品を取り出すようにロボットを操作するステップと、ロボットが、工作機械がある未加工部品を加工している間に他の未加工部品を第２バイス内に配置し、次に第２バイスから退避するように、ロボットを操作するステップと、ある未加工部品の加工が完了して加工済部品が形成されたときに、第１バイスがロボットに近接しかつ第２バイスが工作機械に近接する第２位置にテーブルを回転させるステップと、ロボットを操作して第１バイスから加工済部品を取り出すステップと、を含む。

上記方法は、第１位置と第２位置との間でテーブルを１８０°回転させることを含み得る。上記方法はさらに、第１バイスから取り出した加工済部品を出口コンベヤ上に配置するようにロボットを操作し、加工済部品を筐体から排出するように出口コンベヤを操作することを含み得る。また上記方法は、ロボットが、他の未加工部品を取り出した後に退避位置に移動し、他の未加工部品を第２バイス内に配置する前に、工作機械がある未加工部品における加工処理の所定部分を完了するまで退避位置で待機するように、ロボットを操作することを含み得る。上記方法は、ロボットが第１バイスから加工済部品を取り出している間、第２バイスにおいて他の未加工部品を加工するように工作機械を操作することを含み得る。上記方法は、連続的な加工処理の制御に続いて、複数の未加工部品に対してステップを実行することを含み得る。

本発明に係る、連続的な加工処理を制御する装置は、工作機械が配置された筐体と、筐体内に配置され、部品を保持する第１バイス及び第２バイスを有し、第１バイスが工作機械に近接する第１位置と第２バイスが工作機械に近接する第２位置との間で回転可能なテーブルと、筐体内に配置される未加工部品供給部と、筐体内に配置されるとともに、未加工部品供給部から未加工部品を取り出して、未加工部品を、テーブルが第１位置にあるときは第２バイス内に配置し、テーブルが第２位置にあるときは第１バイス内に配置するように配置されたロボットと、を含む。

上記装置では、テーブルは、第１位置と第２位置との間で１８０°回転可能である。また上記装置は、筐体内に延びるとともに、ロボットによって第１バイス及び第２バイスの一方から取り出された加工済部品を受け取る出口コンベヤを含み得る。上記装置はさらに、工作機械、テーブル及びロボットに接続され、工作機械、テーブル及びロボットの動作を制御する制御装置を含み得る。

他の実施形態では、テーブルが筐体内に固定可能であり、工作機械及びロボットの各々が第１バイスと第２バイスとの間を移動する。

上記内容は、本発明の他の利点とともに、以下の好適な実施形態の詳細な説明及び添付図面から、当業者に直ちに明らかとなろう。

本発明に係る、機械筐体内に配置された部品搬送ロボットを備えた部品加工セルの概略平面図である。 図１に示すロボットの操作方法のフロー図である。 本発明に係る、機械筐体内に配置された部品搬送ロボットを備えた部品加工セルの他の実施形態の概略平面図である。 図３に示すロボットの操作方法のフロー図である。

以下の詳細な説明及び添付図面は、本発明の種々の実施形態を記載し図示する。詳細な説明及び図面は、当業者が本発明を実施できるようにするものであって、本発明の範囲をいかなる態様にも限定するものではない。開示された方法に関し、示されたステップは例示であって、故にステップの順序は必須でも重要でもない。

図１は、本発明に係る、機械部品のための機械加工セル１０を示す。加工セル１０は、工作機械１２、回転テーブル１３及び部品搬送ロボット１４が配置された筐体１１を有する。回転テーブル１３は、工作機械１２に近接する一端に第１バイス（first vise）１５を有する。第２バイス（second vise）１６は、ロボット１４に近接するテーブル１３の他端に配置される。テーブル１３は、ピボット点１７について１８０°回転できるように筐体１１内に配置される。従ってテーブル１３は、図１に示す第１位置から、第１バイス１５がロボット１４に近接しかつ第２バイス１６が工作機械１２に近接する第２位置まで回転可能である。

また筐体１１内には、複数の未加工部品ＲＰを保持する部品供給部１８が配置される。ロボット１４は、供給部１８から未加工部品ＲＰを取り出し、該未加工部品を、テーブル１３が図１に示す位置にあるときは第１バイス１５内に配置し、テーブル１３が１８０°回転しているときは第２バイス１６内に配置する。ロボット１４の操作中、工作機械１２は、未加工部品ＲＰを加工済部品ＭＰに加工するように操作される。加工操作が完了したら、テーブル１３は、加工済部品ＭＰがロボット１４に近接し、かつ直近に配置された未加工部品ＲＰが工作機械１２に近接するように回転する。ここでロボット１４は、加工済部品ＭＰを近接するバイスから取り出して、筐体１１の外部に移動する出口コンベヤ１９上に加工済部品を配置することができる。

制御装置１０Ａが、ネットワーク１０Ｂによって加工セル１０の複数の被制御要素に、制御及び同期動作のための電気信号交換のために接続される。これらの被制御要素は、工作機械１２、テーブル１３、ロボット１４及び出口コンベヤ１９を含む。ネットワーク１０Ｂは、有線、無線又はそれらの組み合わせであり得る。制御装置１０Ａは、単一の制御装置、各要素のための別個の制御装置、又はそれらの組み合わせであり得る。制御装置１０Ａが実行するソフトウェアは、未加工部品を加工するように工作機械１２を操作し、テーブル１３を回転させ、未加工部品及び加工済部品を取り出すようにロボット１４を操作し、加工済部品を筐体１１から排出するようにコンベヤ１９を操作する。

図２は、制御装置１０Ａによって筐体１１のアクセスドアを開けずに実行される、本発明に係る方法ステップのフロー図を表す。図２は、連続機械加工プロセスにおける２つの部品加工サイクルを含む方法の全サイクルを示し、該プロセスでは、第１バイス１５内の未加工部品が加工され、次に第２バイス１６内の未加工部品が加工される。ステップ２０では、テーブル１３は図１に示す第１位置に配置される。未加工部品ＲＰは第１バイス１５に保持され、完了した加工サイクルからの加工済部品ＭＰは第２バイス１６に保持される。ステップ２１では、工作機械１２が第１バイス１５内の未加工部品ＲＰを加工する。ステップ２１の間、ステップ２２において、ロボット１４が第２バイス１６から加工済部品ＭＰを取り出す。ステップ２３では、ロボット１４が加工済部品ＭＰを出口コンベヤ１９上に載置する。

ステップ２４では、ロボット１４は、供給部１８から未加工部品ＲＰを取り出し、テーブル１３上の２つのバイスの前の退避位置に移動し、近接するバイスに載置するための制御装置１０Ａからの許可信号を待つ。許可信号の生成のタイミングは、加工済部品ＭＰを形成するために必要とされる、機械加工処理の所定部分を工作機械１２が完了したことに基づくようにすることができる。載置のための許可信号を受信したら、ステップ２５においてロボット１４が未加工部品ＲＰを、図１の位置にある第２バイス１６内に配置し、バイスから退避する。ロボット１４の移動は、制御装置１０Ａにおいて実行される追跡プログラムによって制御され、追跡プログラムは、工作機械１２から取得するグループ入力を介してテーブル１３のＸＹ位置を補正（オフセット）し、未加工部品のためのロード／アンロード位置を変更する。同時に、工作機械１２は、ステップ２１において第１バイス１５内の未加工部品の加工を行う。

ステップ２１が完了して第１バイス１５内の未加工部品ＲＰが加工済部品ＭＰに加工されたら、ステップ２６においてテーブル１３が第２位置へ１８０°回転する。ステップ２７において工作機械１２が第２バイス１６内の未加工部品を加工している間、ステップ２８においてロボット１４は、第１バイス１５から加工済部品を取り出す。ステップ２９では、ロボット１４は、加工済部品を出口コンベヤ１９上に配置する。次にステップ３０において、ロボット１４は部品供給部１８に戻り、部品供給部内の別の未加工部品ＲＰを取り出す。ロボット１４は退避位置に移動し、第１バイス１５にロードするための許可信号を待つ。ステップ２７の機械加工プロセスがそのサイクルの適切な時間に達したら、第１バイス１５にロードするための許可信号がロボット１４に送られる。第２バイス１６内で部品を加工するステップ２７を工作機械１２が続行している間、ロボット１４はステップ３１において、追跡プログラムを呼び出し、第１バイス１５に未加工部品ＲＰを配置（ロード）する。ステップ２０の反復においてテーブル１３が回転した後、ロボット１４はテーブル１３から離れ、第２バイス１６内から加工済部品ＭＰを取り出す（アンロードする）許可を待つ。ロボットによる部品のロード及びアンロードと、未加工部品の加工は、機械加工セル１０の操作が停止するまで繰り返される。工作機械１２は、供給される未加工部品ＲＰがある限り、連続的に動作する。この連続的な動作中に、筐体１１へのアクセスドアを開ける理由はない。

本発明に係る、機械加工セル１０の他の実施形態が図３に示される。図１に示す機械加工セル１０との違いは、テーブル１３が回転可能ではなく、筐体１１の適所に固定されることである。図１に示す機械加工セル１０との他の違いは、工作機械１２及びロボット１４が、固定されたテーブル１３上の第１バイス１５及び第２バイス１６の双方にアクセスできることのみである。

図４を参照すると、図３に示す機械加工セル１０を操作するための、本発明に係る方法ステップのフロー図が示される。図４の方法は、ステップ２０及び２６を除き、図２の方法と類似している。ステップ２０において、図２のようにテーブル１３を工作機械に回転させるのではなく、工作機械１２は第１バイス１５に移動する。ステップ２６において、図２のようにテーブル１３を工作機械に回転させるのではなく、工作機械１２は第２バイス１６に移動する。図４に示す方法ステップは、アクセスドアを筐体１１に開けることなく、制御装置１０Ａの制御下で実行される。

図１及び図３に示すテーブル１３は２つのバイス１５及び１６を有するが、２つより多いバイスを使用してもよいし、１つより多いテーブルを使用してもよい。

特許法に従い、好適な実施形態を表すものとして本発明が記載された。しかし本発明は、その精神及び範囲から逸脱することなく、特に図示され記載されたもの以外のものとしても実施可能である。

Claims (16)

1. 連続的な加工処理を実行するための方法であって、
   工作機械と、未加工部品供給部と、部品を保持する第１バイス及び第２バイスを有するテーブルとを備えた筐体の内部にロボットを配置するステップと、
   前記ロボットが、前記未加工部品供給部から第１未加工部品を取り出し、前記工作機械が前記第１バイス内の第２未加工部品を加工している間に前記第１未加工部品を前記第２バイス内に配置し、次に前記第２バイスから退避するように、前記ロボットを操作するステップと、
   前記第２未加工部品の加工が完了して加工済部品が形成されたときに、前記ロボットを操作して前記第１バイスから前記加工済部品を取り出すステップと、
   を含む方法。
2. 前記第１バイスから取り出した前記加工済部品を出口コンベヤ上に配置するように前記ロボットを操作し、前記加工済部品を前記筐体から排出するように前記出口コンベヤを操作することを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記工作機械が前記第２未加工部品における加工処理の所定部分を完了した後に、前記ロボットが第１未加工部品を前記第２バイス内に配置するように前記ロボットを操作することを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記ロボットが、前記第１未加工部品を取り出した後に退避位置に移動し、前記第１未加工部品を前記第２バイス内に配置する前に、前記工作機械が前記第２未加工部品における加工処理の所定部分を完了するまで前記退避位置で待機するように、前記ロボットを操作することを含む、請求項１に記載の方法。
5. 複数の未加工部品の取り出し及び配置、前記未加工部品の加工、並びに加工済部品の取り出しを反復して、前記連続的な加工処理を実行することを含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記テーブルは、前記第１バイスが前記工作機械に近接しかつ前記第２バイスが前記ロボットに近接する第１位置と、前記第１バイスが前記ロボットに近接しかつ前記第２バイスが前記工作機械に近接する第２位置との間で回転可能である、請求項１に記載の方法。
7. 連続的な加工処理を実行するための方法であって、
   ロボットと、工作機械と、未加工部品供給部と、部品を保持する第１バイス及び第２バイスを有するテーブルとを、筐体の内部に配置するステップと、
   前記第１バイスにおいて、ある未加工部品を加工するように前記工作機械を操作するステップと、
   前記未加工部品供給部から他の未加工部品を取り出すように前記ロボットを操作するステップと、
   前記ロボットが、前記工作機械が前記ある未加工部品を加工している間に前記他の未加工部品を前記第２バイス内に配置し、次に前記第２バイスから退避するように、前記ロボットを操作するステップと、
   前記ある未加工部品の加工が完了して加工済部品が形成されたときに、前記ロボットを操作して前記第１バイスから前記加工済部品を取り出すステップと、
   を含む方法。
8. 前記テーブルは、第１位置にあり、前記ある未加工部品の加工が完了したら第２位置に回転移動する、請求項７に記載の方法。
9. 前記第１バイスから取り出した前記加工済部品を出口コンベヤ上に配置するように前記ロボットを操作し、前記加工済部品を前記筐体から排出するように前記出口コンベヤを操作することを含む、請求項７に記載の方法。
10. 前記ロボットが、前記他の未加工部品を取り出した後に退避位置に移動し、前記他の未加工部品を前記第２バイス内に配置する前に、前記工作機械が前記ある未加工部品における加工処理の所定部分を完了するまで前記退避位置で待機するように、前記ロボットを操作することを含む、請求項７に記載の方法。
11. 前記ロボットが前記第１バイスから前記加工済部品を取り出している間、前記第２バイスにおいて前記他の未加工部品を加工するように前記工作機械を操作することを含む、請求項７に記載の方法。
12. 前記連続的な加工処理の制御に続いて、複数の未加工部品に対して前記ステップを実行することを含む、請求項１１に記載の方法。
13. 連続的な加工処理を制御する装置であって、
    工作機械が配置された筐体と、
    前記筐体内に配置されるとともに、前記工作機械によって加工済部品に加工すべき部品を保持する第１バイス及び第２バイスを有するテーブルと、
    前記筐体内に配置される未加工部品供給部と、
    前記筐体内に配置されるとともに、前記未加工部品供給部から未加工部品を取り出して、前記未加工部品を、前記第１バイス及び前記第２バイスの選択された一方に配置するように配置されたロボットと、
    を含む装置。
14. 前記テーブルは、前記第１バイスが前記工作機械に近接しかつ前記第２バイスが前記ロボットに近接する第１位置と、前記第１バイスが前記ロボットに近接しかつ前記第２バイスが前記工作機械に近接する第２位置との間で回転可能である、請求項１３に記載の装置。
15. 前記筐体内に延びるとともに、前記ロボットによって前記第１バイス及び前記第２バイスの一方から取り出された加工済部品を受け取る出口コンベヤを含む、請求項１３に記載の装置。
16. 前記工作機械、前記テーブル及び前記ロボットに接続され、前記工作機械、前記テーブル及び前記ロボットの動作を制御する制御装置を含む、請求項１３に記載の装置。