JP3256393B2 - 板材加工機−ロボットシステムにおける位置決め方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は板材加工機−ロボットシ
ステムにおける位置決め方法および装置に関する。さら
に詳しくは、プレスブレーキ、ＮＣターレットパンチプ
レス、ルータなどの板材加工機に産業用ロボット（以
下、ロボットという）で金属薄板などの板材をハンドリ
ング供給し、ロボットと板材加工機との協調作業で板材
に曲げ加工を行う場合に、板材先端の垂れ、反りなどに
よる位置決め不良を修正しうる位置決め方法および装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、プレイバック型のロボットを
用いてプレスブレーキなどの板材加工機に板材を挿入
し、ロボットが板材を把持したまま板材の一辺を曲げ加
工などし、加工した板材をロボットが取り出すことが知
られている（特開昭５９−１７５９６８号公報参照）。
その場合、一旦取り出した加工機の板材を反転ないし旋
回し、同じ部分を把持したまま反対側の辺を加工するこ
と、およびさらに四辺全体を加工することも知られてい
る。

【０００３】上記ロボットが板材を加工機の金型に挿入
する場合、板材を上下型の間に入るように、ハンド部の
高さ、および前進ストローク量などの動作データをロボ
ットに教示しておく。そしてその高さを維持したままハ
ンド部を金型に向かって前進させ、通常は金型に設けた
ストッパに板材の先端を押し当てて、位置決めする。す
なわち高さ方向の位置は教示したデータで、前後方向の
位置の教示したデータとストッパにより、それぞれ位置
決めている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の位置決め方
法は、板材がハンド部により水平に維持されることを前
提としている。しかし実際には板材の長さおよび厚さや
把持する位置により、図１に示すように先端部が垂れ下
がることがある。そしてこの垂れ下がる量は、板材の反
りの有無などによって異なる。たとえば板材が左右方向
に反っている場合は前後の垂れが少なく、前後方向に反
っている場合は上向きの場合は垂れと相殺し、下向きの
場合は垂れに加算される。さらに一辺を加工すると、他
の辺を加工するときに、垂れないし反りが変化してい
る。そしてこのような垂れや反りが大きい場合は、板材
の先端を金型にぶつけて、金型やロボットのハンド部を
損傷することがある。このような問題を解消するため、
ロボットが板材を把持した結果、あるいは金型に挿入す
る前に垂れや反りを検出し、所定の範囲を超えると停止
させることが考えられるが、そのようにするとたびたび
停止して生産効率が低くなる。本発明はとくにロボット
の柔軟な対応力を有効に利用し、板材の垂れや反りがあ
る場合でも、これに対応して生産を継続しうる位置決め
方法および装置を提供することを技術課題としている。

【０００５】

【課題を解決するため手段】本発明の位置決め方法は、
産業用ロボットにより板材を略水平方向に保持して板材
加工機に挿入するシステムにおける位置決め方法であっ
て、板材加工機の挿入口の近辺に、板材が通るべき範囲
から上および（または）下に逸脱しているか否かを検出
する検出器を設け、産業用ロボットにより板材を板材加
工機に向かって前進させ、前記検出器により、板材先端
部の経路の逸脱の有無を検出し、逸脱がないときはその
まま、逸脱があるときは産業用ロボットのハンド部を上
昇／下降させたうえで、それぞれハンド部を前進させて
板材加工機に板材を挿入することを特徴としている。

【０００６】このような方法においては、前記検出器の
信号によりロボットのハンド部の前後の傾き状態を修正
させるのが好ましい。さらに前記検出器を板材加工機に
向かって左右一対で設け、左右の検出器の信号により旋
回方向の誤差があるときは水平面内での旋回位置の修正
値を演算し、その演算結果に応じてロボットのハンド部
を水平面内で、旋回させることにより、板材の左右の傾
きを修正する。さらに複数枚の板材を板材加工機に順次
挿入する場合に、ある板材を挿入するときの修正値を記
憶させておき、つぎの板材を挿入するときに、まず前記
修正値による修正後の経路により前進させ、ついで逸脱
しているか否かを検出するのが好ましい。

【０００７】本発明の位置決め装置は、産業用ロボット
により板材を略水平状態に保持して板材加工機に挿入す
るシステムにおける位置決め装置であって、板材加工機
の挿入口の近辺に設けた、板材が通るべき範囲から上お
よび（または）下に逸脱しているか否かを検出する検出
器と、前記検出器が逸脱を検出したとき、その検出結果
に応じてロボットのハンド部の進行経路の修正値を演算
する手段と、その演算結果に応じてロボットのハンド部
に昇降の指令を出す手段とを備えていることを特徴とし
ている。

【０００８】このような装置においては、前記検出器が
逸脱を検出したとき、その検出結果に応じてロボットの
ハンド部の前傾または後傾の修正値を演算する手段と、
その演算結果に応じてロボットのハンド部に前傾・後傾
の指令を出す手段を有するものが好ましい。また前記検
出器が板材加工機に向かって左右一対で設けられてお
り、かつ左右の検出器の信号に応じて板材の水平面内で
の旋回位置の修正値を演算する手段と、その演算結果に
応じてロボットのハンド部に水平面内での旋回の指令を
出す手段とさらに備えているものが好ましい。また板材
の挿入のときの修正値を記憶する手段と、つぎの板材の
挿入のときにその修正値を読み出し、その修正値に基づ
いて、ハンド部に動作指令を送る手段とを備えているも
のがさらに好ましい。

【０００９】

【作用】ロボットのハンド部が板材を把持した状態で、
板材加工機に向かって前進すると、板材の先端側が下に
垂れているとき、あるいは上に反っているときは検出器
が検出する。そして下に垂れているときは一旦ハンド部
を上昇させて、また上に反っているときはハンド部を下
降させたうえで前進させる。また検出器が検出しないと
きはそのまま前進させる。このように本発明の方法で
は、板材加工機に板材を実際に挿入する状態で垂れや反
りを検出し、その検出に応じて位置を修正するので、板
材を金型などにぶつけることがない。前記ハンド部の上
下位置を修正するのに加えて、板材の先端が垂れている
ときはハンド部の先端側を持ち上げるように修正し、先
端が上がっているときはハンド部の先端側を下げるよう
に修正すると、板材がより水平に近い状態で挿入される
ので、加工が適切に行われる。

【００１０】また加工機の左右に検出器を設けておき板
材の水平面内での旋回誤差を修正する場合は、単にスト
ッパなどに衝突させる場合に比して、確実に修正できる
利点がある。複数枚の板材を順に加工していくときは、
板材の垂れや反りの傾向が近い場合が多いので、前の板
材における修正値を記憶させておき、つぎの板材のとき
にその修正値で挿入すると、そのまま前進できる可能性
が高いので効率的である。本発明の装置により、上記の
方法を実施することができる。

【００１１】

【実施例】つぎに図面を参照しながら本発明の方法およ
び装置の実施例を説明する。図１は本発明の位置決め装
置の一実施例を示す側面図、図２はその装置を備えたロ
ボットおよび加工機の全体を示す斜視図、図３および図
４はそれぞれ本発明の方法の一実施例を示す工程図およ
びフローチャート、図５および図６は本発明の方法の他
の実施例をその順に示すフローチャートである。

【００１２】図１および図２において、プレスブレーキ
２０は固定した上型２１に対して下型２２が上下動する
形式であって、上下型間に板材１３の端部を挿入してか
ら油圧で下型２２を上昇させることにより折り曲げ加工
を行う。なお下型を固定し、上型を昇降させる場合もあ
り、上下型を対向移動させることもできる。図１の符号
Ｒ１，Ｒ２はそれぞれ板材１３の進入路の適否を検出す
る検出量の判定範囲であり、Ｒ１は上限を設定し、Ｒ２
は下限を設定する。なお波線で示した範囲が良好でない
エリアを示す。このような検出器は、たとえば図２に示
すように、プレスブレーキ２０の前面の中央部および側
面部に設けた投光側Ｓ１，Ｎ１および受光側Ｓ２，Ｎ２
からなる光電式検出器などで構成することができる。ま
た符号２４は板材１３を突き当てて位置決めするための
ストッパである。

【００１３】図２に示すロボット１は支持台２によって
床上に固着支持されており、支持台２の上部に固着され
た第１減速機付モータの出力軸（水平回転軸）３Ａは前
記プレスブレーキ２０の上型長軸２１Ａまたは下型長軸
２１Ｂと一致する様に配置されている。その出力軸３Ａ
には、出力軸３Ａおよび上型長軸２１Ａに対して直角方
向に延びる第１直角作動腕４が取付けられており、さら
に第１直角作動腕４の先端部に固着された第２減速機付
モータ５の出力軸（水平回転軸）には第２直角作動腕６
が取付けられている。第２直角作動腕６の先端部には第
３減速機モータ７が固着されており、その出力軸にはプ
レスブレーキ２０の中心近辺に達する水平作動腕８が取
付けられている。それらの第１および第２作動腕４，６
および水平作動腕８は、それぞれの駆動モータにより任
意の角度に回転可能である。

【００１４】前記平行作動腕８の先端部には第４減速機
付モータ９が平行作動腕８に対して直角に取付けられて
おり、その出力軸１０には板材１３を把持するための吸
着ヘッド１１が設けられている。なお図１の符号１４は
加工品である。ロボット１は上記機械部分の他に、コン
ピュータを内蔵した制御箱１５を有し、その制御箱は図
１に示すように前記光電式検出器（以下、センサとい
う）Ｓ１／Ｎ１，Ｓ２／Ｎ２からの信号を受けてプログ
ラムにしたがって、各モータ３，５，７，９を制御す
る。

【００１５】図１において符号３０はコンピュータ部で
あり、このコンピュータ部３０は作業条件のデータ（加
工枚数、積載数量など）、ロボットの動作データ（速
度、移動量など）を演算処理する中央処理装置（ＣＰ
Ｕ）、演算途中のデータやティーチ・インしたプログラ
ムを記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、基本
プログラムを格納しておくリードオンリーメモリ（ＲＯ
Ｍ）などを備えている。それらのデータは入出力部３１
を通じて外部から入力され、また外部へ出力される。モ
ータドライバ３３，３５，３７，３９はコンピュータ部
３０のからの出力信号を受けて各軸の減速機付きモータ
３，５，７，９を動かすよう、電力変換するものであ
る。センサＳ１／Ｎ１，Ｓ２／Ｎ２からの信号も入出力
部３１を通じてコンピュータ部３０に取り込まれる。

【００１６】教示箱３２はロボット１を手動操作で動か
すためのものであり、この手動操作によりロボットに所
要の動作をさせながら、コンピュータ部３０へ移動量の
データを記憶させる。なお符号４０はプレスブレーキ２
０に動作信号を送るためのプレスブレーキ制御装置であ
る。

【００１７】上記構成のロボット１において、板材１３
の進入路の適否を検出する検出するセンサＳ１／Ｎ１，
Ｓ２／Ｎ２およびコンピュータ部３０の一部が位置検出
装置を構成している。さらに上記位置検出装置とロボッ
ト１の吸着ヘッド１１を駆動する機構により、位置決め
装置を構成している。上記のごとく構成されるロボット
１およびプレスブレーキ２０は、その全体的な動作につ
いては従来のものとほぼ同じである。すなわち図３およ
び図４に示すように、板材１３のスタックから板材１３
を１枚ずつ吸着ヘッド１１で持ち上げ（ステップ１１
０、図３ａ）、吸着ヘッド１１を上昇させながら１８０
゜反転させ（ステップ１２０）、板材１３を下側から強
固に把持した状態で、その第１辺側をプレスブレーキ２
０の上下型間に挿入する（ステップ１３０、図３ｂ）。

【００１８】このときプログラムにしたがって第１モー
タ３および第２モータ５を同調回転させ図１および図２
に示すように、板材１３を矢印Ａ方向に所定距離だけ前
進させる。そしてこの前進ストロークの途中で板材１３
がセンサＮ１／Ｎ２で構成する下限範囲Ｒ２およびセン
サＳ１／Ｓ２で構成する上限範囲を通る。そして板材が
所定範囲に入っているか否かをコンピュータ部３０で判
断し（ステップ１４０）、正常であればそのままプレス
ブレーキ２０に加工開始の信号を送り、加工を行う（ス
テップ１５０、図３ｃ）。ついで第１辺の加工が終了す
ると、金型から半製品を抜き出し（ステップ１６０）、
板材の向きを変えて同様に第２辺〜第４辺の加工を行う
（ステップ２２０〜４７０）。そして第４辺の加工完了
後に完成品１４を完成品スタックに積み上げていくので
ある（ステップ４８０、図３ｄ）。

【００１９】一方、検出データにより、上または下方向
の位置決め修正の必要があると判断したときは、第１，
第２，第３モータ３，５，７に修正信号を送って上昇ま
たは下降させる。そして修正後に再度位置検出し（ステ
ップ１５０）、正しい位置になるまで上記検出・修正を
繰り返した後、前述の加工および取り出し工程へと進ん
でいく。なおプレスブレーキの前面側の左右に、それぞ
れ上下方向に光が通る光電式センサを設けておくとき
は、いずれか一方のセンサだけが先に板材の先端を検知
したことにより、板材の垂直軸まわりの回転のズレを検
出することができる。その場合は第４モータ９を回転さ
せてズレを修正することができる。上記検出・修正工程
において、繰り返し回数があらかじめ定めた範囲の回数
を超えていれば、修正せずにただちに工程をストップさ
せるようにすることもできる。

【００２０】上記のサイクルは１回ごとに検出を行うも
のであるが、毎回修正することになればサイクルタイム
が長くなり、またバラツキがふえて精度維持の点で不利
である。そのため上記の検出結果に基づいて、あらかじ
めティーチインしたデータを書きなおし、その書きなお
したデータに基づいてロボットに動作させる、いわゆる
学習制御を行わせるのが好ましい。

【００２１】図５および図６のフローチャートは長方形
のワークの４辺を順に折り曲げていく場合の学習制御の
一実施例を示している。なおワークの把持から上下の型
間に挿入する工程および加工品の取り出しスタッフは省
略し、要部のみを示している。なお符号Ｘ，Ｙ，Ａ，Ｂ
はそれぞれロボットのＸ座標、Ｙ座標、ハンドの水平角
度、ハンドの旋回角度の教示位置を示し、Ｘｄｉ、Ｙｄ
ｉ、Ａｄｉ、Ｂｄｉはそれぞれのオフセットデータ、す
なわち正しい位置と教示位置の差を示す。また符号のｉ
は４辺のうちどの辺についての加工かを示す。

【００２２】前のポイントよりストッパに向かって移動
させる動作を開始すると（ステップ５１０）、まずどの
辺についての学習データを利用するかを選択し、その学
習データを利用するか、無視してクリアするかを選択す
る（ステップ５１０）。新しい形状のワークの加工を始
めるときなどはクリアにする（ステップ５２０）。つぎ
にそのワークについて何回修正・検出動作を繰り返した
かをカウントし、所定の回数（判定値、たとえば１０
回）以上、繰り返したときはエラー処理にするエラー検
出を行う。すなわちまずカウンタをクリアにし（ステッ
プ５３０）、ついで繰り返し回数が判定値を超えたか否
かを判断し（ステップ５４０）、超えていないときはカ
ウンタ「１」を加えて次のステップに進む（ステップ５
５０）。超えたときは機械を止めるなどのエラー処理を
行う（ステップ５４５）。

【００２３】ついで教示位置のデータＸｐ、Ｙｐ、Ａ
ｐ、ＢｐにオフセットデータＸｄｉ、Ｙｄｉ、Ａｄｉ、
Ｂｄｉを加える演算を行い（ステップ５６０）、その新
しいデータＸ、Ｙ、Ａ、Ｂにより吸着ヘッドを上下移動
させ、あるいは旋回させ（図６のステップ５７０）。つ
いでワーク上限センサにより新しい位置が正しいか否か
を判定し（ステップ５８０）、正しい場合はワーク下限
センサの判定を行い（ステップ５９０）、正しい場合は
挿入動作を終了し（ステップ６００）、つぎのポイント
へ進む。上限判定が良好で下限判定が不良の場合は、オ
フセットデータの「Ｙ」の値に所定の設定値、たとえば
「−１．０」を加えたうえで（ステップ６１０）、繰り
返し回数の判定をし（ステップ５４０）、新しいデータ
により移動を行う（ステップ５７０）。他方、上限判定
が不良で下限判定が良好の場合は、オフセットデータの
「Ｙ」の値に「１．０」を加えたうえで（ステップ６２
０）、同じようにカウンタを通してその新しい位置に移
動させる（ステップ５２０）。なお、上限判定も下限判
定も不良な場合は板材が異常に変形しているなど、位置
決めにより修正できる問題でないと判断し、データを修
正せずに直ちにカウント回路に戻し、最終的にエラー処
理を行う（ステップ５４５）。このようにして正しい位
置になるまで、検出と移動を繰り返すが、オフセットデ
ータは学習データとして、記憶しておくのでつぎのワー
クからは何度も検出・修正を繰り返す必要がなくなる。

【００２４】なおオフセットを生ずる原因が板材の反り
によるものである場合は、たとえば左短辺（ｉ＝１）の
オフセット学習データの正負を逆にして、右短辺（ｉ＝
２）の加工のときに利用し、前長辺（ｉ＝３）のデータ
を後長辺（ｉ＝４）の加工のときに正負を逆にして利用
することができる。

【００２５】またオフセットの原因がワークの撓みによ
る場合は、左短辺あるいは前長辺のオフセット量と右短
辺あるいは後長辺のオフセット量が同じであると考えら
れるので、たとえば左辺（図４のｉ＝１のとき）のデー
タを右辺（ｉ＝２）のときにそのまま加えて処理するこ
とにより、繰り返し回数を大幅に減少させることができ
る。前記実施例では吸着ヘッドを上下に移動させること
により板材の垂れに対応しているが、板材の先端が垂れ
ているときは、吸着ヘッドの前端側を持ち上げるように
傾斜させることにより対処してもよい。すなわち図１に
示すように板材１３は吸着ヘッド１１の把持している位
置から先端側にかけて傾斜しているので、吸着ヘッド１
１を傾斜させることにより、板材１３の先端側を持ち上
げて下限不良を解消することができる。

【００２６】

【発明の効果】本発明の位置検出方法によれば、板材ご
とに異なる垂れや反りに対して効率よく対処することが
でき、不良品の効率も少なくなる。また本発明の学習制
御の方法を用いれば、垂れや反りに対するハンド部の修
正量を少なくすることができ、生産効率を向上させう
る。本発明の位置決め装置は前述の位置決め方法を実施
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の位置決め装置の一実施例を示す側面図
である。

【図２】図１の装置を備えたロボットおよび加工機の全
体を示す斜視図である。

【図３】本発明の位置決め方法の一実施例を示す工程図
である。

【図４】本発明の位置決め方法の一実施例を示すフロー
チャートである。

【図５】本発明の位置決め方法の他の実施例を示すフロ
ーチャートの前半部である。

【図６】図５のフローチャートの後半部である。

【符号の説明】

Ｓ１ センサ（発光側） Ｓ２ センサ（受光側） Ｎ１ センサ（発光側） Ｎ２ センサ（受光側） １ ロボット １１ 吸着ヘッド １５ 制御箱 ２０ プレスブレーキ

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−104679（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−114617（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−175968（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−246658（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−79354（ＪＰ，Ａ) 特表 平４−505378（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B25J 9/10 B25J 13/08 B25J 19/00 B21D 5/01 B21D 5/02

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】産業用ロボットにより板材を略水平方向に
   把持して板材加工機に挿入するシステムにおける位置決
   め方法であって、 ロボット１本体が板材加工機２０の側面に設置され、 ロボット１の水平回転軸３Ａが板材加工機の上又は下型
   長軸と一致するように配置され、 さらに、該水平回転軸３Ａの先に連結された水平作動腕
   ８の先端部に直角に取り付けられた出力軸１０には板材
   を把持するための吸着ヘッド１１が設けられており、 板材加工機２０の挿入口の近辺に、上下方向を光軸とす
   る投光・受光器からなる検出器を二対設け、 産業用ロボットにより板材を板材加工機に向かって前進
   させ、 それぞれ対の検出器は板材が通るべき範囲から上または
   下に逸脱しているか否かを検出し、 該検出器からの信号をコンピュータ部で判断し、 経路の逸脱がないときはそのまま、逸脱があるときは産
   業用ロボットのハンド部を上昇または下降させたうえ
   で、 それぞれハンド部を前進させて板材加工機に板材を挿入
   する、 板材加工機・ロボットシステムにおける位置決め方法。
2. 【請求項２】前記検出器の信号によりロボットのハンド
   部の前後の傾き状態を修正させる請求項１記載の板材加
   工機・ロボットシステムにおける位置決め方法。
3. 【請求項３】前記検出器を板材加工機に向かって左右一
   対で設け、左右の検出器の信号により旋回方向の誤差が
   あるときは水平面内での旋回位置の修正値を演算し、そ
   の演算結果に応じてロボットのハンド部を水平面内で旋
   回させることにより、板材の左右の位置を修正する請求
   項１記載の板材加工機・ロボットシステムにおける位置
   決め方法。
4. 【請求項４】複数枚の板材を板材加工機に順次挿入する
   場合に、ある板材を挿入するときの修正値を記憶させて
   おき、つぎの板材を挿入するときに、まず前記修正値に
   よる修正後の経路により前進させ、ついで逸脱している
   か否かを検出する請求項１記載の板材加工機・ロボット
   システムにおける位置決め方法。
5. 【請求項５】産業用ロボットにより板材を略水平方向に
   把持して板材加工機に挿入するシステムにおける位置決
   め装置であって、 ロボット１本体が板材加工機２０の側面に設置され、 ロボット１の水平回転軸３Ａが板材加工機の上又は下型
   長軸と一致するように配置され、 さらに、該水平回転軸３Ａの先に連結された水平作動腕
   ８の先端部に直角に取り付けられた出力軸１０には板材
   を把持するための吸着ヘッド１１が設けられており、 板材加工機２０の挿入口の近辺に、上下方向を光軸とす
   る投光・受光器からなる検出器を二対設け、 それぞれ対の検出器は板材が通るべき範囲から上または
   下に逸脱していることを検出したとき、 その検出結果に応じてロボットのハンド部の進行経路の
   修正値を演算する手段と、その演算結果に応じてロボッ
   トのハンド部に昇降の指令を出す手段とを備えた位置決
   め装置。
6. 【請求項６】前記検出器が逸脱を検出したとき、その検
   出結果に応じてロボットのハンド部の前傾または後傾の
   修正値を演算する手段と、その演算結果に応じてロボッ
   トのハンド部に前傾・後傾の指令を出す手段とをさらに
   備えている請求項５記載の位置決め装置。
7. 【請求項７】前記検出器が板材加工機に向かって左右一
   対で設けられており、かつ左右の検出器の信号に応じて
   板材の水平面内での旋回位置の修正値を演算する手段
   と、その演算結果に応じてロボットのハンド部に水平面
   内での旋回の指令を出す手段をさらに備えている請求項
   ５記載の位置決め装置。
8. 【請求項８】板材の挿入のときの修正値を記憶する手段
   と、つぎの板材の挿入のときにその修正値を読み出し、
   その修正値に基づいて、ハンド部に動作指令を送る手段
   とを備えている請求項５記載の位置決め装置。