JP2022130897A

JP2022130897A - 加工システム

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Publication number: JP2022130897A
Application number: JP2021029543A
Authority: JP
Inventors: 清和齋藤; Kiyokazu Saito
Original assignee: DMG Mori Seiki Co Ltd; Iriso Seimitsu Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd; Iriso Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2021-02-26
Filing date: 2021-02-26
Publication date: 2022-09-07
Also published as: WO2022180921A1

Abstract

【課題】高い加工精度が求められる加工システムにおいて、設備コストの低廉化を図ることができる加工システムを提供する。【解決手段】加工システム１は工作機械１０、ワーク収容装置４０、マニピュレータ３０及び制御装置６０を備える。工作機械１０はテーブル１４上に配設された位置検出装置２４を備える。制御装置６０は、マニピュレータ３０を駆動して、ワーク収容装置４０からワークＷを取り出す動作と、マニピュレータ３０及び送り機構１８，２０を駆動して、ワークＷを搬入位置に搬入する動作と、搬入されたワークの位置を位置検出装置２４により検出する操作と、検出された位置情報に基づいて、送り機構１８，２０によりテーブル１４を移動させて、ワーク保持部２３を保持位置に位置決めする動作と、マニピュレータ３０を駆動して、ワークＷをワーク保持部２３に装着する動作とを実行させる。【選択図】図１

Description

本発明は、ワークを収容するワーク収容装置、ワークを加工する工作機械、ワーク収容装置に収容されたワークを工作機械に供給するマニピュレータ、及びこれらの動作を制御する制御装置を備えた加工システムに関する。

上述した加工システムの一例として、従来、特開２０１７－１０２８２５号公報に開示された加工システムが知られている。この加工システムは、同公報に記載されるように、工作機械、ロボットシステム及びワークストッカから構成される。

工作機械は、数値制御装置と、数値制御装置の制御によって移動可能なテーブルと、テーブル上に配設され、テーブルと一体になって移動可能に設けられたワーク固定治具を備えている。また、ロボットシステムは、この工作機械の近傍に配設された６軸多関節ロボットと、このロボットを制御するロボットコントローラとを備え、ロボットはワークを把持するロボットハンドを有し、このロボットハンドにより、工作機械のワーク固定治具に対してワークの供給及び取出しを行うように構成されている。また、工作機械の数値制御装置とロボットシステムのロボットコントローラとはネットワークを介して接続されており、相互に情報伝達可能になっている。

尚、前記公報には、ワークストッカについての詳細な記載はないが、一般的に、ワークストッカはロボットの近傍に配設され、複数のワークを収容している。そして、ロボットは、このワークストッカに収容された加工前のワークをロボットハンドにより把持して当該ワークストッカから取り出し、取り出した加工前のワークを工作機械のワーク固定治具に供給する。また、ロボットは、工作機械で加工されたワークをロボットハンドにより把持してワーク固定治具から取り出し、取り出した加工後のワークを前記ワークストッカ又はこれとは別に設けられるワークストッカに収容する。

特開２０１７－１０２８２５号公報

ところで、上述した加工システムには各種の産業用ロボットを適用することができ、例えば、上記の６軸の（垂直）多関節ロボットの他、４軸，５軸若しくは７軸の垂直多関節ロボット、及び水平多関節ロボットなどの多関節型ロボット、並びに円筒座標ロボット、２軸若しくは３軸の直角座標ロボット、及び極座標ロボットなどの座標軸型のロボットを適用することができる。

このような各種ロボットにおいて、エンドエフェクタとしてのハンドを３次元空間内で位置決めするその精度は、各ロボットにおいて様々であり、高精度に位置決めできるものもあれば、極めて低い精度でしか位置決めできないものを有る。そして、これら各種のロボットは、一般的に、位置決め精度が高精度のものほど高価である。

また、前記工作機械についてみると、ワークを固定するワーク固定治具とワークとの間の寸法的なクリアランスは、ワークに施される加工精度に応じて設定される傾向にあり、加工精度が高精度である場合には、当該クリアランスは狭小に設定される。

斯くして、従来、ワーク固定治具とワークとの間のクリアランスが狭小に設定される場合には、これに応じてハンドの位置決め精度が高い高価なロボットを用いる必要があるため、その設備コストが高くなるという問題があった。各種製造分野では、恒常的に製造コストの低廉化が求められているが、ロボットを用いた加工システムにおいても例外ではなく、その設備コストの低廉化が常に求められている。

本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、高い加工精度が求められる加工システムにおいても、設備コストの低廉化を図ることができる加工システムの提供を、その目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、
ワークを保持するワーク保持部が配設されたテーブル、工具を保持する工具保持部、及び前記テーブルと工具保持部とを水平面内で相互に直交する第１軸及び第２軸方向、並びに該第１軸及び第２軸に直交する第３軸方向に相対移動させる送り機構を備えた工作機械と、
ワークを収納する複数の収容部を有する収容体を備えたワーク収容装置と、
ワークを把持するハンドを備え、前記ワーク収容装置に収容されたワークを前記ハンドにより把持して前記工作機械のワーク保持部に供給するマニピュレータと、
前記送り機構及びマニピュレータの動作を制御する制御装置とを備えた加工システムであって、
前記工作機械は、前記テーブル上に配設され、前記テーブルに対し設定された搬入位置に搬入されたワークの位置を検出する位置検出装置を備え、
前記制御装置は、
前記マニピュレータを駆動して、前記ハンドを移動させ、前記収容体に収容されたワークを前記ハンドにより把持して取り出す取出動作と、
前記マニピュレータ及び前記送り機構を駆動して、前記ハンド及び前記テーブルを相対移動させ、前記ハンドに把持したワークを前記搬入位置に搬入して位置決めする搬入動作と、
前記搬入位置に位置決めされたワークの位置を前記位置検出装置によって検出する操作と、
前記位置検出装置によって検出されたワークの位置情報に基づき、前記送り機構により前記テーブルを移動させて、前記ワーク保持部を前記搬入位置のワークに対して設定された保持位置に位置決めするテーブル位置決動作と、
前記マニピュレータを駆動して、前記ハンドにより把持されたワークを前記ワーク保持部に装着する装着動作とを実行させるように構成された加工システムに係る。

この態様（第１の態様）の加工システムでは、前記制御装置による制御の下で、前記ワーク収容装置に収容されたワークを、前記マニピュレータによって取り出し、取り出したワークを工作機械のワーク保持部に装着する。

具体的には、制御装置は、まず、マニピュレータを駆動して前記ハンドを移動させ、収容体に収容された複数のワークの中から所定のワークを前記ハンドにより把持して取り出す。尚、このハンドと収容体との間の位置決め精度は、ハンドがワークを適正に把持することができる精度で足りるため、高い位置決め精度は要求されない。

尚、前記マニピュレータには、従来公知のロボット適用することができ、例えば、４軸，５軸，６軸若しくは７軸の垂直多関節ロボット、及び水平多関節ロボットなどの多関節型ロボット、並びに円筒座標ロボット、２軸若しくは３軸の直角座標ロボット、及び極座標ロボットなどの座標軸型のロボットを適用することができる。

次に、制御装置は、マニピュレータ及び工作機械の送り機構を駆動して、ハンド及び工作機械のテーブルを相対的に移動させ、ハンドに把持したワークを目標位置としての前記搬入位置に搬入して位置決めした後、当該目標位置としての搬入位置に対するワークの位置決め誤差を前記位置検出装置によって検出させる。

尚、前記搬入位置は、制御上設定された基準位置であって、前記テーブル上の位置検出装置と前記ハンドに把持されたワークとの相対的な位置関係であり、前記第１軸、第２軸及び第３軸の内の１軸（これを位置決軸という）方向において、位置検出装置の検出基準位置とワークの基準位置とが一致するように設定された位置である。例えば、位置検出装置がカメラの場合、その撮像素子群の中心位置が検出基準位置であり、円筒形のワークの場合、その中心軸が基準位置となる。そして、前記送り機構は、前記位置決軸方向を除く他の２軸方向にテーブルを移動させて、前記搬入位置に位置決めする。

次に、制御装置は、前記位置検出装置によって検出されたワークの位置情報、即ち、位置決め誤差情報に基づいて、前記送り機構によりテーブルを移動させて、当該テーブル上のワーク保持部を搬入位置のワークに対して設定された保持位置に位置決めする。この保持位置は、前記搬入位置に対応する位置であって、前記ワークの基準位置が搬入位置に在るときに、前記位置決軸方向において、ワーク保持部の基準位置と前記ワークの基準位置とが一致する位置である。尚、前記他の２軸方向における前記位置検出装置の基準位置とワーク保持部の基準位置との間の位置関係（距離）は予め取得されており、制御装置は、この位置関係に、前記搬入位置に対するワークの位置決め誤差を考慮して、テーブルを移動させ、ワーク保持部を前記保持位置に位置決めする。

工作機械の送り機構は、一般的に数値制御によって高精度に位置決めされるようになっている。したがって、上記操作により、前記位置決軸方向において、前記ワーク保持部の基準位置と前記ワークの基準位置とが一致するように、当該ワーク保持部をワークに対して正確に位置決めすることができる。そして、このようにして、ワーク保持部とワークとを高精度に位置決めした後、制御装置は、前記マニピュレータを駆動して、前記ハンドを前記位置決軸方向に移動させ、当該ハンドに把持されたワークを前記ワーク保持部に装着する。

このように、この加工システムによれば、ワーク収容装置に収容されたワークをマニピュレータにより取り出した後、当該ワークを工作機械内に設定された搬入位置に搬入して、その位置決め誤差を位置検出装置によって検出し、検出された位置決め誤差を考慮して、高精度な位置決めが可能な工作機械の送り機構を用いて、搬入位置に在るワークに対してワーク保持部を位置決めするようにしているので、ワークに対してワーク保持部を高精度に位置決めすることができる。

したがって、ワーク保持部とワークとの間のクリアランスが狭小に設定される場合でも、従来のように、ハンドの位置決め精度が高い高価なロボットを用いる必要がなく、位置決め精度がそれほど高くない安価なロボットを用いることができ、これにより、当該加工システムの設備コストを低廉なものにすることができる。

尚、上記加工システムにおいて、前記制御装置は、工作機械制御用、ワーク収容装置制御用、及びマニピュレータ制御用に個別に設けられる制御装置から構成するとともに、これらを通信、若しくは上位の制御装置によって連携した態様や、工作機械、ワーク収容装置、及びマニピュレータを統括的に制御する一つの制御装置から構成した態様を採ることができる。

また、上記第１の態様の加工システムにおいて、前記ワーク収容装置は、更に、前記収容体を少なくとも第４軸方向に移動させる移動機構を備え、前記制御装置は、更に、前記移動機構を制御するように構成されるとともに、前記取出動作において、前記マニピュレータ及び前記移動機構を駆動して、前記ハンド及び前記収容体を相対移動させるように構成された態様を採ることができる。この態様によれば、マニピュレータ及び移動機構の複合動作によりハンド及び収容体を相対移動させることでワークを取り出すことができ、これにより、ハンドと収容体との相対的な移動領域を広く設定することができるので、収容体により多くのワークを収容することができ、この結果、加工システムの稼働時間を長くすることができる。

また、上記第１又は第２の態様の加工システムにおいて、前記工作機械は、前記送り機構が前記テーブルを前記第１軸及び第２軸方向に移動させるように構成され、前記制御装置は、前記搬入動作において、前記送り機構により前記テーブルを前記第１軸及び第２軸方向に移動させるように構成された態様を採ることができる。この態様（第３の態様）では、前記位置決軸は鉛直方向の第３軸となる。

また、上記第１から第３の態様のいずれかにおいて、前記ワーク収容装置は、前記マニピュレータのハンドによって把持されたワークの姿勢を検出する姿勢検出装置を備え、
前記制御装置は、前記取出動作において、前記マニピュレータ及び前記移動機構を駆動して、前記収容体に収容されたワークを前記ハンドにより把持して前記収容体から取り出した後、前記姿勢検出装置により前記ハンドに把持されたワークの姿勢を検出する操作を実行させ、検出されたワークの姿勢が許容範囲内に有るときは次の動作に移行し、ワークの姿勢が許容範囲内に無いときは、以降の動作を中止して、アラームを出力するように構成された態様を採ることができる。

前記取出動作において前記収容体から取り出されたワークの姿勢が大きく斜め傾くなどしている場合には、これをそのまま搬入位置に搬入して、前記ワーク保持部に装着しようとすると、例えば、ワークが円筒物である場合に、その底面の中心位置に対して、ワーク保持部の中心位置を正確に位置決めしたとしても、ワークが斜めに傾いているために、ワークをワーク保持部に装着することができない場合を生じる。

この態様（第４の態様）の加工システムによれば、前記取出動作において、前記収容体から取り出した後のワークの姿勢を前記姿勢検出装置によって検出し、検出したワークの姿勢が許容範囲内に有るとき、即ち、ワークをワーク保持部に装着することができる姿勢であるときに次の動作に移行して、ワークをワーク保持部に装着するようにしているので、ワークを確実にワーク保持部に装着することができる。また、ワークの姿勢が許容範囲内に無いときは、以降の動作を中止してアラームを出力するようにしているので、ワークのワーク保持部への装着が不完全であるために工作機械における加工に不都合が生じたり、或いは、ワークとワーク保持部とが衝突して、ワーク保持部、ワーク及びハンドが損傷するといった不都合が生じるのを防止することができる。

また、上記第１から第３の態様のいずれかにおいて、前記ワーク収容装置は、前記マニピュレータのハンドによって把持されたワークの姿勢を検出する姿勢検出装置を備え、
前記制御装置は、前記取出動作において、前記マニピュレータ及び前記移動機構を駆動して、前記収容体に収容されたワークを前記ハンドにより把持して前記収容体から取り出した後、前記姿勢検出装置により前記ハンドに把持されたワークの姿勢を検出する操作を実行させ、検出されたワークの姿勢が許容範囲内に有るときは次の動作に移行し、ワークの姿勢が許容範囲内に無いときは、ワークを前記収容体の元の位置に戻した後、前記ハンドにより再度把持して取り出し、ついで前記姿勢検出装置により姿勢を検出するやり直し動作を実行し、予め定めた回数、前記やり直し動作を実行してもワークの姿勢が許容範囲内に収まらないときは、以降の動作を中止して、アラームを出力するか、又は該ワークに代えて他のワークを取り出す前記取出動作を実行するように構成された態様を採ることができる。

この態様（第５の態様）の加工システムでは、前記取出動作において、前記収容体から取り出した後のワークの姿勢を前記姿勢検出装置によって検出し、検出したワークの姿勢が許容範囲内に有るときには次の動作に移行し、ワークの姿勢が許容範囲内に無いときは、ワーク姿勢が許容範囲内となるまで、ワークを収容体の元の位置に戻した後、当該ワークを再度取り出して、その姿勢を確認するやり直し動作を繰り返して実行し、所定回数だけやり直し動作を実行してもワークの姿勢が許容範囲内に収まらないときは、以降の動作を中止して、アラームを出力するか、又は該ワークに代えて他のワークを取り出す前記取出動作を実行する。このようにやり直し動作を行うようにすれば、当該加工システムを極力停止させることなく連続運転させることができ、その稼働率を向上させることができる。また、やり直し動作を実行してもワークの姿勢が許容範囲内に収まらないときに、当該ワークに代えて他のワークを取り出すようにすれば、更に、稼働率の向上を図ることができる。

また、上記第１から第５のいずれかの態様において、前記ワーク収容装置は、前記移動機構が、水平面内で相互に直交する第４軸及び第５軸方向に前記収容体を移動させるように構成され、前記制御装置は、前記取出動作において、前記移動機構により前記収容体を前記第４軸及び第５軸方向に移動させるように構成された態様を採るこができる。この態様（第６の態様）によれば、前記収容体を第４軸及び第５軸方向に移動させることができるので、ハンドと収容体との相対的な移動領域を更に広く設定することができる。したがって、収容体に更に多くのワークを収容することができ、これにより、加工システムの稼働時間を更に長くすることができる。

また、上記第１から第６のいずれかの態様において、前記マニピュレータは、水平軸である第６軸、及び鉛直軸である第７軸方向に前記ハンドを移動可能、且つ該ハンドを鉛直方向の回転軸である第８軸回りに旋回可能に構成され、前記工作機械、マニピュレータ及びワーク収容装置は、前記ハンドを前記第８軸回りに旋回させることによって、前記搬入位置に位置決めすることができるとともに、前記収容体中のワークを把持することができる位置に、それぞれ配設されて態様を採ることができる。このようなマニピュレータはその構造が簡単で安価であるため、当該加工システムの設備コストを低廉にすることができる。

以上のように、本発明に係る加工システムによれば、ワーク収容装置に収容されたワークをマニピュレータにより取り出した後、当該ワークを工作機械内に設定された搬入位置に搬入して、その位置決め誤差を位置検出装置によって検出し、検出された位置決め誤差を考慮して、高精度な位置決めが可能な工作機械の送り機構を用いて、搬入位置に在るワークに対してワーク保持部を位置決めするようにしているので、ワークに対してワーク保持部を高精度に位置決めすることができる。

このため、ワーク保持部とワークとの間のクリアランスが狭小に設定される場合でも、従来のように、ハンドの位置決め精度が高い高価なロボットを用いる必要がなく、位置決め精度がそれほど高くない安価なロボットを用いることができ、このようにすることで、当該加工システムの設備コストの低廉化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る加工システムを示した正面図である。本実施形態に係る加工システムを示した平面図である。本実施形態に係る加工システムの動作を説明するための説明図である。本実施形態に係る加工システムの動作を説明するための説明図である。本実施形態に係る加工システムの動作を説明するための説明図である。本実施形態に係る加工システムの動作を説明するための説明図である。本実施形態に係る姿勢検出装置の検出態様を説明するための説明図である。本実施形態に係る加工システムの動作を説明するための説明図である。本実施形態に係る位置検出装置の検出態様を説明するための説明図である。本実施形態に係る加工システムの動作を説明するための説明図である。本実施形態に係る加工システムの動作を説明するための説明図である。本実施形態に係る加工システムの動作を説明するための説明図である。

以下、本発明の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る加工システムを示した平面図であり、図２は、本実施形態に係る加工システムを示した平面図である。

図１及び図２に示すように、本例の加工システム１は、工作機械１０、この工作機械１０の近傍に所定の間隔を空けて配設されたワーク収容装置４０、工作機械１０とワーク収容装置４０との間に配設されたマニピュレータとしてのロボット３０を備えて構成される。尚、本例では、ワークＷを円筒物として説明するが、当然のことながら、ワークＷの形状はこのような円筒物に限定されるものではない。

前記工作機械１０は、所謂立形のマシニングセンタであり、ベッド１１と、このベッド１１上に配設されたサドル１２及びコラム１３と、前記サドル１２上に配設されたテーブル１４と、このテーブル１４上に配設されたワーク保持部としてのチャック２３及び位置検出装置としてのカメラ２４と、コラム１３に支持された主軸頭１５及びこの主軸頭１５に回転自在に支持された主軸１６などから構成される。

前記サドル１２は、前記ベッド１１上に平行に配設された２本一対のガイドレール１９により案内されて水平軸であるＹ軸方向に移動可能に構成されており、このガイドレール１９、ボールねじ機構（図示せず）及びサーボモータ（図示せず）などを含むＹ軸送り機構１８によって、Ｙ軸方向に駆動される。

同様に、前記テーブル１４は、前記サドル１２上に平行に配設された２本一対のガイドレール２１により案内されて、前記Ｙ軸に直交する水平軸であるＸ軸方向に移動可能に構成されており、このガイドレール２１、ボールねじ機構（図示せず）及びサーボモータ（図示せず）などを含むＸ軸送り機構２０によって、Ｘ軸方向に駆動される。また、前記チャック２３の中心軸と前記カメラ２４の中心軸（撮像光軸）とのＸ軸－Ｙ軸平面内における位置関係、即ち、相互間の図２に示したＸ軸方向の距離Ｘ_Ｌ及びＹ軸方向の距離Ｙ_Ｌは、例えば、タッチプローブや先端が円錐状に形成されたゲージなどを用いて、予め、正確に測定されている。尚、このＸ軸は第１軸に相当し、Ｙ軸は第２軸に相当する。

また、前記コラム１３は前記ベッド１１上に立設され、前記主軸頭１５は、具体的には図示していないが、当該コラム１３に内蔵されるＺ軸送り機構２２によって、前記Ｘ軸及びＹ軸に直交する鉛直軸であるＺ軸方向に移動可能に構成されている。また、主軸１６には、工具１７が装着される。

斯くして、この工作機械１０では、前記制御装置６０による制御の下で、前記Ｘ軸送り機構２０、Ｙ軸送り機構１８及びＺ軸送り機構２２により、チャック２３に保持されたワークＷと主軸１６に装着された工具１７がＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向に相対的に移動され、これにより、ワークＷが工具１７によって適宜加工される。尚、前記チャック２３及びカメラ２４についても前記制御装置６０によってその動作が制御される。尚、この工作機械１０におけるＸ軸送り機構２０、Ｙ軸送り機構１８及びＺ軸送り機構２２の位置決め精度は、後述のロボット３０おけるハンド３６の位置決め精度に比べて、高精度である。

前記ロボット３０は、所謂円筒座標ロボットであり、基台３１と、この基台３１上に矢示Ｆ方向に回転可能に配設された回転台３２と、回転台３２上に立設された支柱３３と、支柱３３に鉛直軸であるＥ軸方向に移動可能に支持された水平アーム３４と、この水平アーム３４に水平軸であるＤ軸方向に移動可能に支持された移動体３５と、この移動体３５の下端部に設けられたエンドエフェクタとしてのハンド３６とを備えている。このロボット３０は、前記制御装置６０によって、それぞれ回転台３２、水平アーム３４及び移動体３５の動作が制御され、ハンド３６は、前記矢示Ｆ方向に旋回するとともに、前記Ｄ軸及びＥ軸方向に移動する。

前記ワーク収容装置４０は、基台４１と、この基台４１上に配設されたサドル４２と、サドル４２上に配設されたテーブル４３と、テーブル４３上に配設されたワーク収容体４８及び姿勢検出装置５０などから構成される。

前記サドル４２は、前記基台４１上に平行に配設された２本一対のガイドレール４５により案内されて水平軸であるＨ軸方向に移動可能に構成されており、このガイドレール４５、ボールねじ機構（図示せず）及びサーボモータ（図示せず）などを含むＨ軸送り機構４４によって、前記Ｈ軸方向に駆動される。

同様に、前記テーブル４３は、前記サドル４２上に平行に配設された２本一対のガイドレール４７により案内されて、前記Ｈ軸に直交する水平軸であるＧ軸方向に移動可能に構成されており、このガイドレール４７、ボールねじ機構（図示せず）及びサーボモータ（図示せず）などを含むＧ軸送り機構４６によって、前記Ｇ軸方向に駆動される。尚、このＨ軸又はＧ軸の一方が第４軸に相当し、他方が第５軸に相当する。尚、このワーク収容装置４０におけるＨ軸送り機構４４及びＧ軸送り機構４６の位置決め精度も、前記ロボット３０おけるハンド３６の位置決め精度に比べて、高精度である。

前記ワーク収容体４８は、矩形をした板状の部材であり、表面に開口する断面形状が円形のワーク収容穴４８ａを備えており、当該ワーク収容穴４８ａはその複数個が所定ピッチで多行多列に配設されている。また、前記姿勢検出装置５０は、ブラケット５１及びこのブラケット５１に取り付けられた２つのカメラ５２，５３からなり、前記Ｇ軸方向において、前記ワーク収容体４８を挟んで前記ロボット３０とは反対側の前記テーブル４２上に配設されている。

前記ブラケット５１は、基部５１ａ及びこの基部５１ａ上に立設された平面視鉤状をした取付部５１ｂ，５１ｃを備え、取付部５１ｂは前記Ｇ軸と直交し、取付部５１ｃは前記Ｈ軸と直交するように設けられている。そして、カメラ５２はその撮像光軸が前記Ｇ軸と平行になるように取付部５１ｂに取り付けられ、また、カメラ５３はその撮像光軸が前記Ｈ軸と平行になるように取付部５１ｃに取付られており、鉤状をした取付部５１ｂ，５１ｃが形成する内側の領域において、カメラ５２の撮像光軸とカメラ５３の撮像光軸とは、平面から見た状態（平面視）で交差している。

斯くして、このワーク収容装置４０では、前記制御装置６０による制御の下で、前記Ｈ軸送り機構４４及びＧ軸送り機構４６により、前記ワーク収容体４８及び姿勢検出装置５０が配設されたテーブル４３がＨ軸及びＧ軸方向に移動され、これにより、テーブル４３がＨ軸及びＧ軸方向に適宜位置決めされる。尚、前記カメラ５２，５３についても前記制御装置６０によってその動作が制御される。

また、言うまでもないことであるが、前記制御装置６０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどを含むコンピュータから構成される。

以上の構成を備えた本例の加工システム１では、前記制御装置６０による制御の下で、以下の動作、即ち、ロボット３０によってワーク収容装置４０からワークＷを取り出す取出動作、取り出したワークＷをロボット３０によって工作機械１０内に搬入してチャック２３に装着する取付動作、工作機械１０によって加工されたワークＷをロボット３０により当該工作機械１０から搬出する搬出動作、及び搬出した加工済みのワークＷをワーク収容装置４０に格納する格納動作が実行される。以下、各動作について説明する。

［取出動作］
制御装置６０は、まず、ロボット３０の回転台３２を矢示Ｆ方向に回転させて、ハンド３６をワーク収容装置４０の基台４１の上方に設定された所定の取出位置に移動させるとともに、ワーク収容装置４０の前記Ｈ軸送り機構４４及びＧ軸送り機構４６を駆動してテーブル４３を移動させ、ワーク収容体４８に収容されたワークＷの内、取り出し対象のワークＷをロボット側取出位置に位置決めされたハンド３６の直下の位置（この位置をワーク側取出位置という。）に移動させる（図３参照）。尚、このとき、ハンド３６は開状態になっているものとする。また、動作を開始する前の水平アーム３４は工作機械１０とワーク収容装置４０との間に設定された原位置に在るものとする。

前記ロボット側取出位置は、ロボット３０の座標系（ロボット座標系）において設定されたハンド３６の基準位置（ワークＷを把持したときのワークＷの中心位置）であり、予め設定され、制御装置６０によって認識されている。また、前記ワーク側取出位置は、ワーク収容装置４０のＨ軸－Ｇ軸座標系における前記ロボット側取出位置に対応する位置であり、同様に、予め設定され、制御装置６０によって認識されている。尚、このロボット側取出し位置及びワーク側取出し位置は、所謂ティーチング操作によって設定することができる。

次に、制御装置６０は水平アーム３４をＥ軸に沿って降下させて、ハンド３６を、ワーク側取出位置に位置決めされたワークＷを把持可能な位置に位置決めした後、ハンド３６を閉じて当該ハンド３６によってワークＷを把持させる（図４参照）。ついで、制御装置６０は水平アーム３４をＥ軸に沿って上昇させて、ワークＷをワーク収容体４８から取り出した後（図５参照）、Ｈ軸送り機構４４及びＧ軸送り機構４６を駆動してテーブル４３を移動させ、前記姿勢検出装置５０のカメラ５２の撮像光軸とカメラ５３の撮像光軸とが交差する点を、前記ワーク側取出位置に位置させる（図６参照）。

次に、制御装置６０はカメラ５２及びカメラ５３を駆動して、取出位置にあるワークＷの画像を撮像するとともに、得られた画像を解析して、ワークＷの傾き（姿勢）を検出する。図７（ａ）はカメラ５２によって撮像された画像５２ａ、（ｂ）はカメラ５３によって撮像された画像５３ａを示しており、制御装置６０は、得れた画像５２ａ、画像５３ａの中からワークＷのエッジを検出して、垂直軸（鉛直軸）に対するワークＷの傾きθ_１、θ_２を検出する。そして、ワークＷの傾きθ_１、θ_２が許容範囲内にあるときには、制御装置６０は、Ｈ軸送り機構４４及びＧ軸送り機構４６を駆動してテーブル４３を原位置に戻した後、次の搬入動作を実行させる。

一方、ワークＷの傾きθ_１、θ_２が許容範囲内に無いときには、前記制御装置６０は、Ｈ軸送り機構４４及びＧ軸送り機構４６を駆動して、取り出したワークＷが収容されていたワーク収納穴４８ａをワーク側取出位置に位置決めした後、ロボット３０の水平アーム３４を降下させて、把持したワークＷを元のワーク収容穴４８ａに戻し、ついで、ハンド３６を開閉して、再度ハンド３６にワークＷを把持させた後、ワークＷを取り出して（図５）、ワークＷの姿勢を検出する（図６）、一連のやり直し動作（リトライ動作）を実行させる。そして、ワークＷの傾きθ_１、θ_２が許容範囲内になった場合には、制御装置６０は、テーブル４３を原位置に戻して、次の搬入動作を実行し、ワークＷの傾きθ_１、θ_２が許容範囲内に収まらない場合には、前記やり直し動作を所定回数繰り返して実行し、所定回数やり直し動作を実行しても、ワークＷの傾きθ_１、θ_２が許容範囲内に収まらない場合には、制御装置６０は、アラームを出力して以降の動作を中止させる。

［取付動作］
上記取出動作を完了すると、次に、制御装置６０は、ロボット３０の回転台３２を矢示Ｆ方向に回転させて、ハンド３６を工作機械１０内の搬入位置に位置決めするとともに、工作機械１０のＸ軸送り機構２０及びＹ軸送り機構１８を駆動して、テーブル１４上に配設されたカメラ２４を、ハンド３６に把持された状態で前記搬入位置に位置決めされたワークＷの真下にあたる位置（位置検出位置）に位置決めする（搬入動作）（図８参照）。

尚、前記搬入位置は、ロボット座標系において設定された位置であり、同様に、前記位置検出位置は、工作機械１０の座標系（工作機械座標系）（Ｘ軸－Ｙ軸－Ｚ軸座標系）において設定された位置である。この搬入位置と位置検出位置は、例えば、ロボット３０と工作機械１０とを実際に動作させて行う所謂ティーチング操作によって設定することができ、本例では、カメラ２４の撮像素子群の中心位置とワークＷの中心軸とが一致するように、カメラ２４とワークＷとを相対的に移動させて、ロボット座標系における搬入位置と、工作機械座標系における位置検出位置とを設定する。

次に、制御装置６０はカメラ２４によってワークＷを撮像し、得られた画像２４ａを解析して搬入位置に対するワークＷの位置決め誤差（位置情報）を検出する。具体的には、図９に示すように、カメラ２４の撮像画像２４ａを解析して、ワークＷの中心位置を検出し、撮像画像２４ａの中心位置（位置検出位置）に対するワークＷの中心位置の位置ずれΔＸ，ΔＹを位置決め誤差として算出する。

次に、制御装置６０は、前記カメラ２４による撮像画像２４ａを解析することによって検出されたワークＷの位置決め誤差ΔＸ，ΔＹ、及びチャック２３の中心軸とカメラ２４の中心軸（撮像光軸）とのＸ軸－Ｙ軸平面内における位置関係（即ち、距離Ｘ_Ｌ，距離Ｙ_Ｌ）に基づいて、前記Ｘ軸送り機構２０及びＹ軸送り機構１８を駆動して、テーブル１４上に配設されたチャック２３を、ハンド３６に把持された状態で前記搬入位置に位置決めされたワークＷの真下にあたる位置（保持位置）に位置決めする（テーブル位置決動作）（図１０参照）。

尚、この保持位置は、制御上、前記搬入位置及び位置検出位置に対応する位置として設定されており、前記ワークＷの中心軸が前記搬入位置に在るときに、この中心軸方向において、チャック２３の中心位置とワークＷの中心軸とが一致するチャック２３のＸ軸－Ｙ軸平面上の位置であって、実際に目標位置として搬入位置に位置決めされたワークＷの直下に位置するように、前記位置決め誤差ΔＸ，ΔＹを考慮してその位置が補正される。斯くして、このようにして保持位置を補正することで、チャック２３の中心位置とワークＷの中心軸とが一致するように、両者を高精度に位置決めすることができる。

次に、制御装置６０はロボット３０の水平アーム３４をＥ軸に沿って降下させて、ハンド３６により把持されたワークＷをチャック２３の爪間に挿入した後（図１１参照）、チャック２３を閉じる一方、ハンド３６を開く（装着動作）。ついで、制御装置６０はロボット３０の水平アーム３４をＥ軸に沿って上昇させた後（図１２参照）、回転台３２を矢示Ｆ方向に回転させて水平アーム３４を工作機械１０とワーク収容装置４０との間に位置する原位置に復帰させて、当該取付動作を終了する。以後、制御装置６０は、工作機械１０を駆動してワークに対して、所定の加工を実行させる。

［搬出動作］
工作機械１０において加工を完了すると、制御装置６０は、続いて搬出動作を実行する。即ち、制御装置６０は、ロボット３０の回転台３２を矢示Ｆ方向に回転させて、ハンド３６を工作機械１０内の前記搬入位置に位置決めするとともに、工作機械１０のＸ軸送り機構２０及びＹ軸送り機構１８を駆動して、テーブル１４上に配設されたチャック２３を前記保持位置に位置決めする（図１２の状態を参照）。このとき、ハンド３６は開状態にある。

次に、制御装置６０は、ロボット３０の水平アーム３４をＥ軸に沿って降下させた後、ハンド３６を閉じて当該ハンド３６によりワークＷを把持するとともに、チャック２３を開かせる（図１１の状態を参照）。ついで、制御装置６０は、ロボット３０の水平アーム３４をＥ軸に沿って上昇させて、ワークＷをチャック２３から取り外した後（図１０の状態を参照）、回転台３２を矢示Ｆ方向に回転させてハンド３６をワーク収容装置４０内の前記ロボット側取出位置に移動させて、次の格納動作を実行する。

［格納動作］
格納動作では、上記のようにして、ロボット３０の回転台３２を矢示Ｆ方向に回転させてハンド３６をワーク収容装置４０内のロボット側取出位置に移動させた後、制御装置６０は、ワーク収容装置４０の前記Ｈ軸送り機構４４及びＧ軸送り機構４６を駆動してテーブル４３を移動させ、ハンド３６に把持したワークＷを格納する空のワーク収容穴４８ａを前記ワーク側取出し位置に移動させる（図５の状態を参照）。

次に、制御装置６０は、水平アーム３４をＥ軸に沿って降下させて、ハンド３６に把持したワークＷを空のワーク収容穴４８ａに挿入した後（図４の状態を参照）、ハンド３６を開き、ついで、水平アーム３４をＥ軸に沿って上昇させる（図３の状態を参照）。この後、制御装置６０は、回転台３２を矢示Ｆ方向に回転させて水平アーム３４を工作機械１０とワーク収容装置４０との間に位置する原位置に復帰させても良いし、引き続き、前記取出動作以降の動作を実行するようにしても良い。

以上のように、本例の加工システム１では、ワーク収容装置４０に収容されたワークＷをロボット３０により取り出した後、当該ワークＷを工作機械１０内に設定された搬入位置に搬入するとともに、搬入位置に位置決めされたワークＷの位置決め誤差を位置検出装置であるカメラ２４により検出し、検出された位置決め誤差を考慮して、数値制御によって高精度な位置決めが可能な工作機械１０のＸ軸送り機構２０及びＹ軸送り機構１８によりテーブル１４を移動させて、搬入位置に在るワークＷに対してチャック２３を位置決めするようにしているので、ワークＷに対してチャック２３を高精度に位置決めすることができる。

したがって、チャック２３の爪とワークＷとの間のクリアランスが狭小に設定される場合でも、従来のように、ハンド３６の位置決め精度が高い高価なロボットを用いる必要がなく、位置決め精度がそれほど高くない安価なロボット３０を用いることができ、これにより、当該加工システム１の設備コストを低廉なものにすることができる。

一方、ロボット３０によりワーク収容装置４０からワークＷを取り出す際には、ハンド３６とワーク収容体４８との間の位置決め精度は、ハンド３６がワークＷを適正に把持することができる精度で足りるため、高い位置決め精度は要求されない。したがって、この面からしても、ロボット３０には低廉なものを適用することができる。

また、前記取出動作において、ハンド３６によりワークＷを把持してワーク収容体４８から取り出した当該ワークＷの姿勢が大きく斜め傾くなどしている場合には、これをそのまま前記搬入位置に搬入して、前記チャック２３に装着しようとすると、当該ワークＷをチャック２３に装着することができない場合を生じる。

本例の加工システム１によれば、取出動作において、ワーク収容体４８から取り出した後のワークＷの姿勢を前記姿勢検出装置５０によって検出し、検出したワークＷの姿勢が許容範囲内に有るときに、次の動作に移行して、ワークＷをチャック２３に装着するようにしているので、ワークＷを確実にチャック２３に装着することができる。これにより、ワークＷのチャック２３への装着が不完全であるために工作機械１０における加工に不都合が生じたり、或いは、ワークＷとチャック２３とが衝突して、チャック２３、ワークＷ及びハンド３６が損傷するといった不都合が生じるのを防止することができる。

また、ワークＷの姿勢が許容範囲内に無いときは、当該ワークＷの姿勢が許容範囲内となるまで、前記やり直し動作を繰り返して実行するようにし、所定回数だけやり直し動作を実行してもワークＷの姿勢が許容範囲内に収まらないときに、以降の動作を中止して、アラームを出力するようにしているので、当該加工システム１を極力停止させることなく連続運転させることができ、その稼働率を向上させることができる。

以上、本発明の具体的な実施の形態について説明したが、本発明が採り得る具体的な態様は、何らこれに限定されるものではない。

例えば、上例のワーク収容装置４０は、Ｈ軸送り機構４４及びＧ軸送り機構４６により、ワーク収容体４８をＨ軸－Ｇ軸平面内で移動させることができる構成としたが、このような構成に限られるものでは無く、Ｈ軸送り機構４４又はＧ軸送り機構４６の一方を設けた構成として、ワーク収容体４８をＨ軸又はＧ軸の１軸方向に移動させることができるようにしても良い。この場合に、ロボット３０の動作と１軸の送り機構の動作の複合動作によって、ワーク収容体４８からワークＷを取り出すようにすることができる。或いは、前記Ｈ軸送り機構４４及びＧ軸送り機構４６を設けないで、ワーク収容体４８を固定した状態としても良い。この場合、ハンド３６を３次元空間内で移動させるロボット３０の動作によって、ワーク収容体４８からワークＷを取り出すことができる。

また、上例のワーク収容装置４０において、ワークの取出姿勢が大きな問題とならない場合には、前記姿勢検出装置５０を設けなくても良い。

また、上例の加工システム１では、一つの制御装置６０により、工作機械１０、ロボット３０及びワーク収容装置４０を統括的に制御するようにしたが、このような構成に限られるものでは無く、工作機械１０を制御する制御装置、ロボット３０を制御する制御装置、及びワーク収容装置を制御する制御装置をそれぞれ個別に設けるとともに、これらを通信、若しくは上位の制御装置によって連携した態様を採ることができる。

また、上例では、工作機械１０として立形のマシニングセンタを採用したが、これに限られるものでは無く、横形のマシニングセンタを適用することができる。

また、上例では、ロボット３０として円筒座標ロボットを採用したが、これに限られるものでは無く、２軸若しくは３軸の直角座標ロボット、及び極座標ロボットなどの座標軸型のロボットの他、４軸，５軸，６軸若しくは７軸の垂直多関節ロボット及び水平多関節ロボットなどの多関節型ロボットなど、従来公知のあらゆるロボット適用することができ、設備コスト上の問題が無ければ、高価なロボットを採用することを排除するものでは無い。

繰返しになるが、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形および変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる。

１加工システム
１０工作機械
１１ベッド
１２サドル
１３コラム
１４テーブル
１８Ｙ軸送り機構
２０Ｘ軸送り機構
２２Ｚ軸送り機構
２３チャック
２４カメラ
３０ロボット
３１基台
３２回転台
３３支柱
３４水平アーム
３５移動体
３６ハンド
４０ワーク収容装置
４１基台
４２サドル
４３テーブル
４４Ｈ軸送り機構
４６Ｇ軸送り機構
４８ワーク収容体
５０姿勢検出装置
Ｗワーク

Claims

ワークを保持するワーク保持部が配設されたテーブル、工具を保持する工具保持部、及び前記テーブルと工具保持部とを水平面内で相互に直交する第１軸及び第２軸方向、並びに該第１軸及び第２軸に直交する第３軸方向に相対移動させる送り機構を備えた工作機械と、
ワークを収納する複数の収容部を有する収容体を備えたワーク収容装置と、
ワークを把持するハンドを備え、前記ワーク収容装置に収容されたワークを前記ハンドにより把持して前記工作機械のワーク保持部に供給するマニピュレータと、
前記送り機構及びマニピュレータの動作を制御する制御装置とを備えた加工システムであって、
前記工作機械は、前記テーブル上に配設され、前記テーブルに対し設定された搬入位置に搬入されたワークの位置を検出する位置検出装置を備え、
前記制御装置は、
前記マニピュレータを駆動して、前記ハンドを移動させ、前記収容体に収容されたワークを前記ハンドにより把持して取り出す取出動作と、
前記マニピュレータ及び前記送り機構を駆動して、前記ハンド及び前記テーブルを相対移動させ、前記ハンドに把持したワークを前記搬入位置に搬入して位置決めする搬入動作と、
前記搬入位置に位置決めされたワークの位置を前記位置検出装置によって検出する操作と、
前記位置検出装置によって検出されたワークの位置情報に基づき、前記送り機構により前記テーブルを移動させて、前記ワーク保持部を前記搬入位置のワークに対して設定された保持位置に位置決めするテーブル位置決動作と、
前記マニピュレータを駆動して、前記ハンドにより把持されたワークを前記ワーク保持部に装着する装着動作とを実行させるように構成されていることを特徴とする加工システム。
前記ワーク収容装置は、更に、前記収容体を少なくとも第４軸方向に移動させる移動機構を備え、
前記制御装置は、更に、前記移動機構を制御するように構成されるとともに、前記取出動作において、前記マニピュレータ及び前記移動機構を駆動して、前記ハンド及び前記収容体を相対移動させるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の加工システム。
前記工作機械は、前記送り機構が前記テーブルを前記第１軸及び第２軸方向に移動させるように構成され、
前記制御装置は、前記搬入動作において、前記送り機構により前記テーブルを前記第１軸及び第２軸方向に移動させるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の加工システム。
前記ワーク収容装置は、前記マニピュレータのハンドによって把持されたワークの姿勢を検出する姿勢検出装置を備え、
前記制御装置は、前記取出動作において、前記マニピュレータ及び前記移動機構を駆動して、前記収容体に収容されたワークを前記ハンドにより把持して前記収容体から取り出した後、前記姿勢検出装置により前記ハンドに把持されたワークの姿勢を検出する操作を実行させ、検出されたワークの姿勢が許容範囲内に有るときは次の動作に移行し、ワークの姿勢が許容範囲内に無いときは、以降の動作を中止して、アラームを出力するように構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の加工システム。
前記ワーク収容装置は、前記マニピュレータのハンドによって把持されたワークの姿勢を検出する姿勢検出装置を備え、
前記制御装置は、前記取出動作において、前記マニピュレータ及び前記移動機構を駆動して、前記収容体に収容されたワークを前記ハンドにより把持して前記収容体から取り出した後、前記姿勢検出装置により前記ハンドに把持されたワークの姿勢を検出する操作を実行させ、検出されたワークの姿勢が許容範囲内に有るときは次の動作に移行し、ワークの姿勢が許容範囲内に無いときは、ワークを前記収容体の元の位置に戻した後、前記ハンドにより再度把持して取り出し、ついで前記姿勢検出装置により姿勢を検出するやり直し動作を実行し、予め定めた回数、前記やり直し動作を実行してもワークの姿勢が許容範囲内に収まらないときは、以降の動作を中止して、アラームを出力するか、又は該ワークに代えて他のワークを取り出す前記取出動作を実行するように構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の加工システム。
前記ワーク収容装置は、前記移動機構が、水平面内で相互に直交する第４軸及び第５軸方向に前記収容体を移動させるように構成され、
前記制御装置は、前記取出動作において、前記移動機構により前記収容体を前記第４軸及び第５軸方向に移動させるように構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の加工システム。
前記マニピュレータは、水平軸である第６軸、及び鉛直軸である第７軸方向に前記ハンドを移動可能、且つ該ハンドを鉛直方向の回転軸である第８軸回りに旋回可能に構成され、
前記工作機械、マニピュレータ及びワーク収容装置は、前記ハンドを前記第８軸回りに旋回させることによって、前記搬入位置に位置決めすることができるとともに、前記収容体中のワークを把持することができる位置に、それぞれ配設されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の加工システム。