JP2022122164A - ワーク自動搬送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】搬送中に起こる異常事態の有無を確認するワーク自動搬送装置を提供すること。【解決手段】ワークを把持および解放するロボットハンドと、前記ロボットハンドで把持したワークを所定の位置に移動させる構造を備えた装置本体と、前記装置本体の駆動部に設けられた複数の駆動用モータと、正常なワーク搬送時に前記駆動用モータに生じるトルクの情報が予めマスターデータとして格納され、前記駆動用モータをワーク搬送プログラムに従って駆動制御する実際のワーク搬送時のトルク値と、前記マスターデータとの比較によって異常事態の有無を確認するエラー判定プログラムを備えた制御装置とを有するワーク自動搬送装置。【選択図】図７

Description

本発明は、搬送中に起こるワークの落下など異常事態の有無を確認するワーク自動搬送装置に関する。

例えば、対向２軸旋盤では、第１主軸チャックにワークが把持されて回転の与えられたワークに対して所定の第１加工が行われ、その後に第２主軸チャックにワークが把持されて同じように第２加工が行われる。こうした対向２軸旋盤にはワーク自動搬送装置が設けられ、加工順に従ってそれぞれの主軸チャックにワークが搬送される。そのほか複数の工作機械が並べられた加工機械ラインなどでも、自動加工機に対してその加工箇所へとワークを搬送するワーク自動搬送装置が用いられている。ワーク自動搬送装置は、チャックを備えたロボットハンドによってワークが把持され、その把持状態を維持したまま加工箇所へとワークが運ばれる。しかし、ワーク自動搬送装置におけるワークの搬送では、途中でワークを落下させてしまうなどの異常事態が起こり得る。

特開２０１７－１５４２３１号公報

ワークの落下などの異常事態には即座に対応することが好ましく、そのためワーク自動搬送装置によって確実にワークが搬送できていることの確認、つまり搬送中に生じるワークの落下など異常事態の有無を確認できるようにすることが求められる。しかし、ワークを把持するロボットハンドは、搬送のための移動距離が長く、ワークの受け渡しを行うための反転機構なども有しており構造が複雑である。また、ワーク搬送中の異常状態は、ワークの落下以外にも、チャックが主軸側に引っ掛かった切りくずをワークと一緒に掴んでしまうなど予定外のことが起こり得る。従って、ロボットハンドにセンサなどを取り付けること自体が困難であるだけではなく、何らかの異常事態に対応する適切なセンサを設けることも困難であった。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、搬送中に起こる異常事態の有無を確認するワーク自動搬送装置を提供することを目的とする。

本発明に係るワーク自動搬送装置は、ワークを把持および解放するロボットハンドと、前記ロボットハンドで把持したワークを所定の位置に移動させる構造を備えた装置本体と、前記装置本体の駆動部に設けられた複数の駆動用モータと、正常なワーク搬送時に前記駆動用モータに生じるトルクの情報が予めマスターデータとして格納され、前記駆動用モータをワーク搬送プログラムに従って駆動制御する実際のワーク搬送時のトルク値と、前記マスターデータとの比較によって異常事態の有無を確認するエラー判定プログラムを備えた制御装置とを有する。

前記構成によれば、ロボットハンドによって把持されたワークは、ワーク搬送プログラムに従った駆動用モータの駆動制御により装置本体が作動し、所定の搬送ルートを移動するが、その際、エラー判定プログラムによって実際のトルク値とマスターデータとが比較され異常事態の有無が確認される。

複合加工機の主要な構造を示した斜視図である。 ワーク自動搬送装置および自動工具交換装置を加えて複合加工機を示した斜視図である。 ワーク自動搬送装置の一実施形態を示した斜視図である。 ワーク自動搬送装置の一実施形態を示した側面図である。 複合加工機の制御システムを概念的に示した図である。 エラー判定に使用されるマスターデータの一例をグラフにした図である。 エラー判定が行われる状況をマスターデータに従って示した図である。

本発明に係るワーク自動搬送装置の一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。先ず、本実施形態のワーク自動搬送装置は複合加工機に組み込まれたものであり、図１は、その複合加工機の主要な構造を示した斜視図である。複合加工機１は、各種加工装置を有することによりＮＣ旋盤とマシニングセンタの両方の機能を持つようにした工作機械である。具体的には、ワークＷを把持する第１ワーク主軸装置３および第２ワーク主軸装置４と、複数の工具を有する第１タレット装置５および第２タレット装置６によって左右対称に配置された対向２軸旋盤が構成され、機体中央の位置には工具主軸装置２が配置されている。

第１および第２ワーク主軸装置３，４は、それぞれ主軸台１２のスピンドルに主軸側チャック１１が組付けられ、スピンドルモータ１３の駆動によって回転し、把持したワークＷに加工時の位相決めや所定速度での回転が与えられる。主軸台１２やスピンドルモータ１３は主軸スライド１４に搭載され、ベッド７上を機体幅方向のＺ軸方向（主軸台１２のスピンドルの軸線方向）に移動するよう構成されている。第１タレット装置５および第２タレット装置６は、割出し用サーボモータ１６の回転制御によって、複数装着された工具Ｔ（タレット工具）の旋回割出しが行われタレット１５が設けられている。そして、工具ＴをワークＷに対する加工位置へと配置させるため、タレット１５をＺ軸に直交する所定の傾きをもった機体前後の２方向に移動させる駆動機構が設けられている。

工具主軸装置２は、主軸用サーボモータや工具スピンドルが内蔵されたビルトインタイプの主軸ヘッド１７を有し、鉛直なＸ軸方向に移動可能な主軸スライド１８に搭載され、その主軸スライド１８が機体前後に水平なＹ軸方向に移動可能なベーススライド１９に搭載されている。主軸ヘッド１７は、加工内容に応じて工具Ｔ（主軸ヘッド工具）の取り換えが可能であり、Ｙ軸に平行はＢ軸を中心に回転するよう構成されている。なお、前述したタレット１５の移動方向はＹ軸およびＸ軸に対して４５度傾いている。

次に、図２は、ワーク自動搬送装置および自動工具交換装置を加えた複合加工機１の斜視図である。複合加工機１は、機体の中央前部に、工具主軸装置２に対する工具Ｔの自動交換を行うための自動工具交換装置８が設けられている。自動工具交換装置８は、複数の工具（主軸ヘッド工具）Ｔを収納したツールマガジン２１が上部に設けられ、主軸ヘッド１７に向かい合ったツールチェンジャによって工具交換が行われる。また、ツールマガジン２１を支える交換装置本体２２は、ツールマガジン２１からツールチェンジャへと工具を移動させるためのシフト機構が設けられている。

複合加工機１には更に、加工室内における第１および第２ワーク主軸装置３，４に対し、ワークＷを搬送して受け渡しを行うためのワーク自動搬送装置９が設けられている。複合加工機１の入口および出口にはワークを収納するストッカが設けられ、ワーク自動搬送装置９によって加工室内への加工前ワークの搬入や加工済みワークの搬出が行われる。複合加工機１は、ベッド７上に櫓型のフレーム構体１０が組付けられ、ワーク自動搬送装置９は、そのフレーム構体１０に搭載されたガントリ式の搬送装置である。図３は、フレーム構体１０に組付けられたワーク自動搬送装置９の斜視図であり、図４は、Ｚ軸方向から見たワーク自動搬送装置９の側面図である。

ワーク自動搬送装置９は、フレーム構体１０の前側上部に、機体幅方向の２本の走行レール３１と１本の走行用ラック３２とを備えたレール台３３が固定され、その上には走行レール３１を摺動する走行テーブル３４が設けられている。走行テーブル３４にはＺ軸サーボモータ３５が固定され、その回転軸に固定されたピニオン３６が走行用ラック３２と噛合することにより機体幅方向の移動が可能になっている。

走行テーブル３４の上面にはスライド部材が固定され、そのスライド部材を摺動するスライドレールを備え、機体前後方向に移動するスライド台３７が設けられている。スライド台３７には側面に前後移動用ラック３８が固定され、走行テーブル３４にはブラケットを介してＹ軸サーボモータ３９が固定されている。従って、Ｙ軸サーボモータ３９の回転軸に固定したピニオンを前後移動用ラック３８に噛合させることにより、スライド台３７の前後方向の移動が可能になっている。スライド台３７はフレーム構体１０から前方へと突き出しており、その先端部分には上下動する昇降アーム４１が設けられている。

スライド台３７には昇降用レールを備えた支持柱４２が鉛直な姿勢で固定され、スライド部材を備えた昇降アーム４１が昇降用レールに沿って移動するよう構成されている。支持柱４２の頂部にはＸ軸サーボモータ４３が固定され、その回転軸に固定されたプーリと、支持柱４２の下部に軸支されたプーリとの間にベルトが掛け渡されている。そのベルトに昇降アーム４１が連結され、Ｘ軸サーボモータ４３の駆動によって上下方向の移動が可能になっている。昇降アーム４１の下端部には、ワークＷを把持するため、表裏一対のチャックを備えたロボットハンド４５が旋回用サーボモータ４６によって反転可能な状態で組付けられている。

続いて、図５は、複合加工機１の制御システムを概念的に示した図である。複合加工機１を駆動させる制御装置５０は、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）５１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３、不揮発性メモリ５４、Ｉ／Ｏユニット５５などがバスライン５７を介して接続されている。ＣＰＵ５１は制御部全体を統括制御するものであり、ＲＯＭ５２にはＣＰＵ５１が実行するシステムプログラムや制御パラメータ等が格納され、ＲＡＭ５３には一時的に演算データ等が格納される。

揮発性メモリ５４は、ＣＰＵ５１が実行する処理に必要な情報などが格納され、例えば複合加工機１の加工プログラムやワーク自動搬送装置９のワーク搬送プログラム、さらには搬送中の異常事態の有無を確認するエラー判定プログラムなどが格納されている。そして、制御装置５０にはＩ／Ｏユニット５５に接続されたプログラマブル・ロジック・コントローラ（ＰＬＣ）５６が設けられ、ラダー形式で作成されたシーケンスプログラムによって複合加工機１の工具主軸装置２など各種加工装置の駆動部制御が行われる。加工プログラムなどの各機能指令はシーケンスプログラムによって必要な信号に変換され、Ｉ／Ｏユニット５５から工具主軸装置２などに対して出力が行われる。

複合加工機１では、加工プログラムなどによってワークＷに対応した所定の加工が実行される。加工対象となるワークＷは、入口側ストッカからワーク自動搬送装置９によって加工位置へと運び込まれる。ロボットハンド４５に把持されたワークＷは、第１ワーク主軸装置３や第２ワーク主軸装置４へと搬送され、その主軸側チャック１１に受け渡しされた後、第１タレット装置５や第２タレット装置６で旋回割り出しされた工具Ｔによる所定の加工が行われる。第１ワーク主軸装置３における第１加工と第２ワーク主軸装置４における第２加工では、第１または第２タレット装置５，６による加工のほかに工具主軸装置２による加工が実行される場合もある。

ワーク自動搬送装置９におけるワークＷの搬送は、ワーク搬送プログラムに従い駆動用モータであるＺ軸サーボモータ３５、Ｙ軸サーボモータ３９およびＸ軸サーボモータ４３の駆動制御によって行われる各駆動用モータの駆動により、走行テーブル３４、スライド台３７および昇降アーム４１がＺ軸、Ｙ軸あるいはＸ軸の各方向に移動し、ロボットハンド４５に把持されたワークＷが所定位置に搬送される。本実施形態のワーク自動搬送装置９では、こうした搬送におけるワークＷの落下など異常事態が生じたことをエラー判定プログラムに従って確認し、モニタ表示や音によって作業者に報知するよう構成されている。

ワーク自動搬送装置９は、前述したようにＺ軸サーボモータ３５、Ｙ軸サーボモータ３９およびＸ軸サーボモータ４３の駆動によって設定された位置にワークＷが搬送され、旋回用サーボモータ４６の駆動などによって主軸側チャック１１との間の受け渡しが行われる。ワークＷを把持したロボットハンド４５の移動や旋回の際には、Ｚ軸サーボモータ３５や旋回用モータ４６などの各駆動用モータにトルクが生じる。駆動用モータのトルクは供給される電流値と相関関係があるため、例えばその電流値を計測することによってトルクの値を求めることができる。エラー判定プログラムでは、こうした駆動用モータのトルクに基づいてワーク搬送時のエラー判定が行われる。

図６は、エラー判定に使用されるマスターデータの一例をグラフにした図である。マスターデータは、ワーク自動搬送装置９の各駆動用モータについて、ワークＷを入口から出口まで搬送する際に生じる一連のトルク変化である。そのマスターデータは、正常なワーク搬送時のトルク測定から得られたものであり、トルク測定は、重さや形などによるワークＷの違いや、第１および第２ワーク主軸装置３，４の一方あるいは両方を経由する加工室内の搬送ルートの違いなどの異なる各条件に基づいて行われている。

トルク測定は同じ条件の下で複数回にわたって行われ、図６に示すように最小値（ＭＩＮ）と最大値（ＭＡＸ）を示すトルク変化がマスターデータとして求められる。同じ条件でワーク搬送を行ったとしても多少の違いが生じてしまうからである。そこで、揮発性メモリ５４には、こうしたトルク変化における最小値および最大値のトルク情報がマスターデータとして予め格納されている。ワーク搬送時のエラー判定プログラムでは、実際のワーク搬送時に生じるトルク値が常にマスターデータと比較され、最小値と最大値との間で変化していればワークの搬送が正常に行われていると判断される。

図６に示すマスターデータは、Ｚ軸サーボモータ３５のトルク変化を示したものである。所定のワークＷを複合加工機１の入口から出口まで移動させる間の変化であって、特に第１ワーク主軸装置３の主軸側チャック１１と加工済みワークＷａの交換を行う搬送ルートの測定結果が示されている。当該搬送ルートでは、複合加工機１の入口側に設けられたストッカから所定のワークＷがロボットハンド４５によって把持され、加工室内へと進入して第１ワーク主軸装置３の主軸側チャック１１に対応した第１加工位置まで移動して停止する。このときワーク自動搬送装置９の各モータにトルクが発生するが、Ｚ軸サーボモータ３５に関して見れば、図６に示すようにＺ軸方向の移動に伴ったトルク変化が生じている。

第１ワーク主軸装置３には、主軸側チャック１１に加工済みのワークＷａが把持されている。そのため、図５に示すように、ワークＷａとロボットハンド４５に把持されている次のワークＷとの掴み換えが行われる。先ずロボットハンド４５の空のチャックによって主軸側チャック１１からワークＷａが取り外され、空になった主軸側チャック１１に対して反転したボットハンド４５の他方のチャックから次のワークＷが受け渡しされる。こうしたワークの着脱作業中にもＺ軸サーボモータ３５が駆動するため、僅かな上昇を伴ったトルク変化が生じている。そして、加工済みワークＷａが第１加工位置から出口側ストッカへと搬送され、Ｚ軸サーボモータ３５にその時のトルク変化が生じる。

実際に行われるワークＷの加工では、加工対象となるワークＷのワーク搬送プログラムに従ってワーク自動搬送装置９の駆動制御が行われ、同時にエラー判定プログラムによって対応するマスターデータに基づいた確認が行われる。正常時のワーク搬送は、Ｚ軸サーボモータ３５などに発生するトルクはマスターデータの最小値と最大値との間で変化することとなる。エラー判定プログラムでは、こうしたワークＷ（加工済みのワークＷａも含む）の搬送中、Ｚ軸サーボモータ３５などの各駆動用モータに発生するトルクが各々のマスターデータから外れているか否かの確認が行われる。

ここで、図７は、エラー判定が行われる状況をマスターデータに従って示した図である。例えば、実際のワーク搬送におけるＺ軸サーボモータ３５のトルクは破線で示すように変化する。そこで例えば、加工済みのワークＷａを主軸側チャック１１から取り外す際、引っ掛かった切りくずを引っ張ってしまったような場合には、Ｚ軸サーボモータ３５のトルクが矢印Ａで示すように、最大値を超えて急激に大きくなってしまう。また、加工済みのワークＷａが搬送中に落下してしまったような場合には、Ｚ軸サーボモータ３５の実際のトルクが矢印Ｂで示すように最小値を切って急激に小さくなる。

エラー判定プログラムでは、実際のトルクがマスターデータとの比較によって常に最小値と最大値との間にあることが確認され、一方の値でも超えて変化した場合には前述したように何らかの異常事態が生じたとしてエラー判定が行われる。そして、エラー判定が行われた場合には、複合加工機１の駆動が停止し、機体前面に設けられたモニタに搬送エラーの表示が行われ、同時に音による作業者への警報も行われる。よって、作業者は警報に気づいて異常事態を短時間で解消し、複合加工機１のワーク加工を再開させることができる。こうしたマスターデータを使用することによりエラー判定が正確に実行される。また、Ｚ軸サーボモータ３５などに供給される電流値からトルクを求めるため、ワーク搬送中に起こる異常事態の有無をロボットハンド４５にセンサなどを取り付けることなく確認することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態のワーク自動搬送装置９は、複合加工機１を例に挙げたためガントリ式の搬送装置を説明したが、本発明は、加工機械ラインなどに使用される走行台の上に搭載された多関節ロボットタイプの搬送装置などであってもよい。
また、例えば前記実施形態では、ワーク自動搬送装置９の駆動用モータであるＺ軸サーボモータ３５、Ｙ軸サーボモータ３９、Ｘ軸サーボモータ４３および旋回用サーボモータ４６のすべてをエラー判定プログラムの対象とするように説明したが、複数の駆動用モータを備える場合には任意の駆動用モータを選択して行うようにしてもよい。
また、例えば前記実施形態のマスターデータは、トルク変化の最小値と最大値との組み合わせによって構成されたものであるが、平均値によってマスターデータを構成し、その値の上下一定幅を閾値によってエラーの判定を行うようにしてもよい。

１…複合加工機 ２…工具主軸装置 ３…第１ワーク主軸装置 ４…第２ワーク主軸装置 ５…第１タレット装置 ６…第２タレット装置 ８…自動工具交換装置 ９…ワーク自動搬送装置 １０…フレーム構体 ３５…Ｚ軸サーボモータ ３９…Ｙ軸サーボモータ ４１…昇降アーム ４３…Ｘ軸サーボモータ ４６…旋回用サーボモータ ５０…制御装置

Claims (3)

1. ワークを把持および解放するロボットハンドと、
   前記ロボットハンドで把持したワークを所定の位置に移動させる構造を備えた装置本体と、
   前記装置本体の駆動部に設けられた複数の駆動用モータと、
   正常なワーク搬送時に前記駆動用モータに生じるトルクの情報が予めマスターデータとして格納され、前記駆動用モータをワーク搬送プログラムに従って駆動制御する実際のワーク搬送時のトルク値と、前記マスターデータとの比較によって異常事態の有無を確認するエラー判定プログラムを備えた制御装置と、
   を有するワーク自動搬送装置。
2. 前記マスターデータは、前記駆動用モータについて行われる正常なワーク搬送時のトルク測定から得られたトルク変化の最大値と最小値であり、
   前記エラー判定プログラムは、実際のワーク搬送時のトルク値が前記最大値および最小値のいずれか一方でも外れた場合に異常事態と判定するものである請求項１に記載のワーク自動搬送装置。
3. 前記エラー判定プログラムは、前記駆動用モータの電流値を計測して実際のトルク値を求め、ワーク搬送中の当該トルク値と前記マスターデータとの比較を行うものである請求項１または請求項２に記載のワーク自動搬送装置。
   
   

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