JP3586623B2 - ワーク交換装置及びワーク取扱いシステム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械等によって加工を行うワークの交換装置及びこのワーク交換装置を用いたワーク取扱いシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
未加工のワークやすでに一部加工された半加工品のワークを治具に取り付ける方法として、ワークに雌ねじを加工しておき、雄ねじを治具の裏側より通して雌ねじに螺合させ、このねじの螺合によってワークを治具に引きつけ固定する方法がある。加工品の種類によって、この雌ねじを設ける位置は様々であり、人手によってこの治具へのワーク取付作業を行わざるを得なく、ロボットによるワーク交換作業ができなかった。
【０００３】
又、ロボットによって重量のあるワークをハンドリングする場合、ロボット姿勢を変えると各関節に大きなモーメントがかかるが、ロボット手首の関節は、他の部分の関節と比較して、負荷の許容値が小さく、大きな重量のワークを把持して手首の姿勢を変えることは好ましくない。そのため、ワークの治具への取付、取り外し作業にロボットを使用する際には、ロボット手首の姿勢を大きく変えねばならないケースが多いことからロボットによる重量のあるワーク交換作業を行わせることはできなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の欠点を改善し、ロボットにより重量のあるワークの加工治具への取付、取り外しを可能にすることを課題とするものである。又、上述した従来技術におけるネジによるワークの加工治具への取付、さらには取り外しも、ロボットによって行うことを可能にして、ワーク交換作業の自動化を可能にすることを課題とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ハンドリング用ロボットのアーム先端にハンドを取付けて、加工開始前のワークを治具へ取付ける作業及び／又は加工終了後のワークを治具から取外す作業を行うワーク交換装置において、前記治具を搭載する治具搭載部と、該治具搭載部に前記治具を固定するための固定手段と、前記ワークの前記治具への取付け／取外しを行う際に前記ハンドにより把持される前記ワークの姿勢に前記治具の姿勢を対応させるための姿勢変更手段とを具備する治具搭載装置を備え、該姿勢変更手段は任意の位置で保持可能に且つ互いに独立して駆動される、２つの位置決め機構を有することによって、前記課題を解決した。又、この２つの位置決め機構は、前記治具搭載部を旋回する手段と前記治具搭載部の傾きを変更する手段とした。
【０００６】
さらに、ワークにネジ溝加工された孔にプルボルトの先端部を螺合により着脱するためのプルボルト着脱手段を備えたプルボルト着脱用ロボットを備え、プルボルトが装着されたワークを前記ハンドリング用ロボットにより治具に位置決めし、治具に取付けられた引付け油圧シリンダ装置のピストンに連結されたボールロック機構でプルボルトの後端部をロックし、ピストンを引付ける力によりワークの前記治具への固定及び位置決めを行うようにしてワークの治具への取付を自動化した。前述したプルボルト着脱手段は、プルボルトを保持する保持機構と、該プルボルトと嵌合し回転トルクを伝達する部材と、前記嵌合を行わせるための押付け機構とを備えるものとした。
【０００７】
又、本発明は、前述したワーク交換装置と自動倉庫とを結合し、前記ハンドリング用ロボットが前記自動倉庫から出庫された加工前のワークをハンドリングし、前記治具へワークを取付ける工程、及び前記ハンドリング用ロボットが前記治具から取外した加工終了後のワークをハンドリングして前記自動倉庫に入庫する工程を行うワーク取扱いシステムを構築した。さらには、上述のワーク交換装置と自動倉庫とを連結し、前記ハンドリング用ロボットが前記自動倉庫から出庫された加工前のワークをハンドリングし、かつ前記プルボルト着脱用ロボットと協同して前記治具へワークを取付ける工程、及び前記ハンドリング用ロボットが前記治具から取外した加工終了後のワークをハンドリングして前記自動倉庫に入庫する工程を行うワーク取扱いシステムを構築した。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態における治具搭載装置１の説明図である。又、図６はこの治具搭載装置１を図１の右側からみたときの側面図である。この該治具搭載装置１はベース２上に設けられた直線移動ガイド３に沿って直線移動可能に配設されている。治具搭載装置１の基台４は、２つの側板と底板で構成され、軸５が取り付けられた上方部は、開放されている。２つの側板には、それぞれ軸５、５が回転可能に軸支され、各軸５，５には、治具搭載部６に搭載された治具８を傾けるための傾斜手段６ａが固着されている。この傾斜手段６ａも、軸５，５に固定される側板部とこの２つの側板部と一体的に形成され２つの側板部を連結する底板部を備えている。この傾斜手段６ａの底板部には治具８を旋回手段６ｂが回転可能に取り付けられている。
【０００９】
図示されてはいないが、前記軸５，５の内少なくとも一方の軸５は、伝動機構を介してモータに連結され、該モータによって該軸５を回転させることにより、この軸に固着された傾斜手段６ａを傾け、治具搭載部６全体を傾けることができるように構成されている。本実施形態においては、前記モータをサーボモータで構成し、任意の傾き位置でこの治具搭載部６を保持できるようにしている。又、旋回手段６ｂを旋回させる手段も図示はしていないが、モータ（本実施形態ではサーボモータ）で駆動するようにしており、旋回手段６ｂも任意の旋回位置に保持できるようにしている。
【００１０】
治具搭載部６の旋回手段６ｂには、この治具搭載部６に治具８を取り付け固定するための油圧で駆動される固定手段７を備える。この固定手段７は従来から使用されているものと同一であり、詳細な説明は省略する。
【００１１】
治具８は、ワーク１０を取り付ける治具本体８ａと該治具本体８ａが固着されたマシンパレット８ｂで構成されている。そして、前記固定手段７によって、マシンパレット８ｂが治具搭載部６の旋回手段６ｂに固定されることで、治具８は治具搭載部６に固定されることになる。
【００１２】
治具本体８ａには、ワーク１０を取付固定するための、従来から使用されている油圧で駆動されるクランプ手段９及び後述するようにネジでクランプするクランプ手段９を備えており、このクランプ手段９によって、この図１で示す例では、治具本体８ａの両面（図１に示す左右の面）にワーク１０、１０が取り付けられている。この実施形態ではこのワーク１０，１０は同一加工品であり、一方を他方に対して９０回転させて取り付けている状態を示している。
【００１３】
ワーク１０は治具８に取り付けられることから、ワーク１０の１面〜３面がこの取付のために使用され、ワーク１０全ての面（例えば６面）を全て加工するには、一度、ワーク１０を治具８から取り外し、別の姿勢で再度ワーク１０を治具に取り付ける必要がある。そのため、一般的に第１加工工程、第２加工工程、と加工工程を分けて加工を行っている。そこで、この実施形態では、第１の加工工程を実行するワーク１０を取り付ける治具本体８ａの面を、第１加工用取り付け面Ｆ１、第２の工程加工を実行するワーク１０を取り付ける面を第２加工用取り付け面Ｆ２と符号を付している。
【００１４】
なお、治具本体８ａに取り付けるワーク１０は、上述した例以外に第１加工工程で終了するワークをそれぞれ取り付けてもよく、さらには、１つのワークのみを取り付ける治具であってもよい。
【００１５】
図２（ａ）〜（ｃ）、図３（ａ）〜（ｃ）は、この治具搭載装置１の動作状態を示す図である。
図２（ａ）は、治具８がこの治具搭載装置１に固定されたときの状態とする。図２（ｂ）は、図２（ａ）の状態から、旋回手段によって旋回手段６ｂを矢印に示す方向に９０度回転させた状態である。又、図２（ｃ）は、図２（ｂ）の状態から、傾斜手段６ａを９０度傾け、治具搭載部６全体を傾けた状態を示す図である。この治具搭載部６、治具８及びワーク１０を図２（ｃ）のように傾けた状態では、この治具搭載装置１の治具８に取り付けられたワーク１０の位置がロボットで操作する位置から、あまり変化がないように治具搭載装置１自体も直線移動する。
【００１６】
図３（ａ）は、図２（ｃ）の状態で旋回手段６ｂを矢印の方向に９０度回転させた状態を示す図である。又、図３（ｂ）は、図３（ａ）の状態から、傾斜手段６ａを９０度逆方向に駆動し、治具搭載部６全体をもとの状態に戻したときの状態を示す図である。図３（ｃ）は図３（ｂ）の状態から旋回手段６ｂを前と同じ方向に旋回させたときの状態を示す図である。
【００１７】
なお、旋回手段６ｂや傾斜手段６ａは、サーボモータで駆動していることから、任意の角度まで旋回、揺動させ、その旋回、揺動位置で治具８の姿勢を保持することができるものである。
【００１８】
この図２（ａ）〜（ｃ）、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、治具８が旋回し傾くことで、この治具８に固着されたワーク１０の姿勢、向きを変えることができる。この治具８からワーク１０を取り外すときや取り付けるとき、ワークをハンドリングするハンドリング用ロボット２０の少なくとも手首の姿勢が一番負荷のかからないような状態でワーク１０を把持し、かつ搬送、倉庫への入庫姿勢と合うように、治具８の姿勢を対応させるようにして、ワーク１０の治具８への位置決め、取り付け、取り外し作業を行うことができるようにしている。
【００１９】
例えば、図４、図５に示すように、ハンドリング用ロボット２０のハンド２０ａで把持するワーク１０の姿勢に合うように治具８の姿勢を任意に選択することができる。しかも、この図４，５に示すように、ハンド２０ａを下方に向けた状態に手首２０ｂの関節を保持して、手首２０ｂに１番負荷のかからないような状態で、異なった姿勢のワーク１０を保持することができる。そのため、重量のあるワーク１０でも、ハンドリング用ロボット２０の手首に大きなモーメントをかけることなく、必要とするワーク１０の姿勢でワーク１０を保持、搬送ができるようになるから、作業員をワーク交換時の重労動から開放することができる。
【００２０】
さらに、この治具搭載装置１を用いれば、ねじを用いて治具にワーク１０を位置決め、固定するようなクランプ手段９を用い、このクランプ作業もロボットで行うことができる。従来、この取り付け方法では、ねじの回転操作を治具の裏側から行わねばならず、そのためにロボットによる取付ができなかった。しかし、この治具搭載装置１を用いることによって、ロボットによる取り付けを可能にした。これにより、ワーク交換を自動化することができる。
【００２１】
このネジによる治具８へのワーク取り付け方法として、本発明は、予めワークにネジに対応するプルボルトを取り付けておき、このプルボルトを治具側に引き寄せることによってワークを治具に取り付ける用にすることにより、ロボットによる作業を可能にした。
【００２２】
図６は、この治具搭載装置１にクランプされたワーク１０に、プルボルト着脱用ロボット３０によって、プルボルト１１を取り付け若しくは取り外しを行うときの動作説明図である。このプルボルト１１をワーク１０に装着するためにワークには予め又は第１加工工程でネジ溝加工を行っておく。そして、プルボルト着脱用ロボット３０の手首先端には、プルボルト着脱手段としてのナットランナ４０が取り付けられている。このナットランナ４０の構成を説明するまえに、プルボルト１１の構成を図６、及びこのプルボルト１１により治具８に固定する動作説明図である図８を参照して説明する。
【００２３】
プロボルト１１は、先端部にワークに加工されたタップ穴のネジ溝と螺合する雄ねじ部分１１ａを有する。この雄ねじ部分１１ａに続いて、拡径された鍔状の位置決め嵌合部１１ｂが形成されており、これに続いて、縮径されこの縮径部から拡径部へ連続的に曲線でつながる凹曲面部を有している。この凹曲面部は、ボールロック機構５２のボール５３と係合し、該プルボルト１１を治具８側に引きつけ固定する係合部１１ｃを構成する。さらに、この係合部１１ｃの拡径された肩部に続いてこのプルボルト１１の端部にネジ締めトルクを伝達するためのトルク伝達部１１ｄが形成されており、この実施形態ではこのトルク伝達部１１ｄは六角ボルト頭のような形状の部材で構成している。
【００２４】
次に、プルボルト着脱手段のナットランナ４０について図７を参照しながら説明する。このナットランナ４０の駆動源のモータ（サーボモータ）４０ａの出力軸には押しつけ機構４０ｂが連結され、この押しつけ機構４０ｂは、モータ出力軸に連結された管とこの管内に配置されたバネで構成され、この押しつけ機構４０ｂの管の先端には、プルボルト１１のトルク伝達部（六角ボルト頭のような形状）１１ｄと嵌合する嵌合部（六角ボルト頭のような形状と嵌合する六角形状の凹部）４０ｄを備えた回転トルクを伝達する部材４０ｃが係合している。押しつけ機構４０ｂの管の先端部の外形は多角形状に構成され、回転トルクを伝達する部材４０ｃはこの多角形状の外形と嵌合する穴を備え、かつ、押しつけ機構４０ｂの管内に配置されたバネによって軸方向に移動させられるよう力が加えられるとともに、押しつけ機構４０ｂの管の回転によって、この回転トルクを伝達する部材４０ｃも回転する構成となっている。
【００２５】
さらに、このナットランナ４０の外筒４０ｅには、一部にスリットが形成されたリング状のバネによって中心方向に付勢されたボール４０ｆが配置されている。このボール４０ｆがプルボルト１１の係合部１１ｃと係合することによって、プルボルト１１を保持し、ナットランナ４０の姿勢がどのように変化しようとも、保持したプルボルト１１を落とすことはない。
【００２６】
そこで、ワークに対してプルボルト１１を装着する場合には、ロボット３０に取り付けたナットランナ４０にプルボルト１１を装着しておき、図６、図７に示すようにワーク１０のプルボルト装着用タップ穴にプルボルト１１をロボット３０により押しつける。そうすると、プルボルト１１は後退しようとするが、プルボルト１１の六角ボルト頭のような形状のトルク伝達部１１ｄとナットランナ４０の押しつけ機構４０ｂの先端部の嵌合部４０ｄが当接し、押しつけ機構４０ｂのバネにより後退が抑えられる。次に、モータ４０ａを低速で所定回転角度だけ回転させる。例えば１回転させると、押しつけ機構４０ｂの嵌合部４０ｄはプルボルト１１のトルク伝達部１１ｄと圧接しながら回転することになるから、このトルク伝達部１１ｄと押しつけ機構４０ｂの嵌合部４０ｄは嵌合することになる。
【００２７】
さらに、この嵌合が達成された後はプルボルト１１も低速で回転することになるから、ワーク１０に設けたネジ溝加工された孔（タップ穴）とプルボルト１１の雄ねじ部分１１ａは噛み合いを開始する。次に高速でモータ４０ａを駆動すれば、雄ねじ部分１１ａはタップ穴と螺合し、位置決め嵌合部１１ｂの鍔部が着座し、回転トルクが増大する。この回転トルクの増大（モータの駆動電流の増大）を検出してモータ４０ａの駆動を停止し、ロボット３０によりナットランナ４０をプルボルト軸方向にかつプルボルト１１から離脱するように移動させれば、リング状のバネによって中心方向に付勢されたボール４０ｆを、プルボルト１１の係合部１１ｃの肩部がバネの力に抗して移動させ、プルボルト１１とナットランナ４０の係合は離脱する。これによりプルボルト１１の取り付けを完了する。
【００２８】
又、プルボルト１１をワークから取り外す際には、ナットランナ４０の中心軸とワーク１０に取り付けられプルボルト１１の中心軸が一致するように、ロボット３０を位置決めし、プルボルト１１をナットランナ４０の外筒４０ｅ内に挿入し、回転トルクを伝達する部材４０ｃの嵌合部４０ｄとプルボルト１１のトルク伝達部１１ｄを押しつけ機構４０ｂのバネによって圧接させる。そして、モータ４０ａを低速で所定角度（例えば１回転）回転させると、嵌合部４０ｄとプルボルト１１のトルク伝達部１１ｄは嵌合し、モータ４０ａの回転力はプルボルト１１に伝達される。その後、高速でモータ４０ａを駆動して、プルボルトとタップ穴との螺合を解くことにより、プルボルト１１をワークから取り外すことができる。
【００２９】
このようにして、ワーク１０に対してプルボルト１１をロボットにより装着することも、又取り外すこともできワーク１０へのプルボルト着脱を自動化することができる。
【００３０】
次に、ワーク１０をこのプルボルト１１を利用して治具８に取り付ける動作について説明する。
図８は、プルボルト１１が取り付けられたワーク１０を治具８に取り付けた状態を説明する説明図である。治具８には、プルボルト１１を引きつけワーク１０を固定し位置決めするプルボルト引きつけ手段を備えている。このプルボルト引きつけ手段は、油圧シリンダ装置５０と該油圧シリンダ装置５０のピストンに連結されたボールロック機構５２より構成されている。油圧シリンダ装置５０のピストンの先端には、ボールロック機構５２を構成するボール５３が移動可能状態で嵌挿されている。このボール５３と協同してボールロック機構５２を構成するテーパスリーブ５４を有する部材５５が治具８に取り付けられている。又、治具８には、プルボルト１１が挿入され、プルボルト１１の鍔状位置決め嵌合部１１ｂとによりワーク１０の位置を決める穴５６が設けられ、この穴５６の中心軸に沿って油圧シリンダ装置５０が配置されている。
【００３１】
この治具８の穴５６にプルボルト１１を挿入する際には、油圧シリンダ装置５０のピストン５１は、図８において右方に移動しており、テーパスリーブ５４の拡径されたテーパ部にボール５３が存在し、プルボルト１１のトルク伝達部１１ｄの頭部及び係合部１１ｃの肩部を通過させる。そして、油圧シリンダ装置５０を作動させて、ピストン５１を図８において左方に移動させれば、ボール５３はテーパスリーブ５４にガイドされて中心方向に突出し、プルボルト１１の係合部１１ｃと係合し、プルボルト１１及びこのプルボルトが固着されているワーク１０を治具８側に引っ張り治具に固定することになる。
【００３２】
次に、この治具搭載装置１を用いて、ワークを自動交換する動作について、図９〜図１２に示すワークの出庫、入庫、ワーク交換を自動化したワーク取扱いシステムと共に説明する。
【００３３】
このワーク取扱いシステムでは、治具８への第１加工工程を行う第１加工用取り付け面Ｆ１へのワーク１０の取付は、従来から使用されている油圧によってワークを上から押さえつけてクランプするクランプ手段９を採用し、第２加工工程の加工を行う第２加工用取り付け面Ｆ２に対する取付のクランプ手段９としては、上述したプルボルト１１を用いワーク１０を治具８に取り付け固定、位置決めするものとしている。
【００３４】
図１１、図１２は、このシステムにおける動作フローであり、コントローラはこのシステム全体を制御するコントローラであり、ロボットハンドリング用ロボットは、ワーク１０を把持し治具８への取り付け、取り外し、搬送等のハンドリングを行うロボットである。又、プルボルト着脱用ロボットは、ワークにプルボルトを装着及び取り外す作業を行うロボットである。倉庫は加工開始前のワーク素材、加工終了後のワーク（完成品）を保管する倉庫である。又、図９、図１０は、このワーク取扱いシステムの動作説明図である。なお、図９、図１０においては、プルボルト着脱用ロボット３０は紙面裏側位置に配置されているものであるがこれらの図には記載していない。
【００３５】
まず、コントローラから、マシンパレット搬入指令が出力されると、治具本体８ａとマシンパレット８ｂが固着され一体となって構成する治具８が搬送車６０によって、昇降台６１に搬入される。この治具本体８ａには、第１加工、第２加工が完了したワーク１０を保持する（１００）。そして、コントローラは自動段取り開始指令をハンドリング用ロボット２０に送信し、ハンドリング用ロボット２０の制御装置はこの指令を受けて完成品置きの空パレットの出庫指令を倉庫７０に出力する（２００）。倉庫７０では、完成品置き台を倉庫の入出口７１に出庫する（４００）。
【００３６】
次に、治具搭載装置１は昇降台６１の下方の所定位置に移動し、昇降台６１が下降して、治具搭載装置１の固定手段７によって、治具８のマシンパレット８ｂがクランプされ、治具８は治具搭載装置１に固定されることになる。その後、治具搭載装置１は移動し、各ロボット２０，３０で作業できる所定位置に復帰し、傾き／旋回運動を行い、治具８に取り付けられている第２加工工程の加工を終了したワーク（完成品）１０を取り外し可能な姿勢とする。この場合、ワーク１０を倉庫７０に格納する姿勢でワークをハンドリング用ロボット２０のハンド２０ａで把持できるような姿勢とする。即ち、この実施形態では、図９（ａ）に示すように、第２加工用取り付け面Ｆ２を上向きにした姿勢とする（２０１）。又、ハンドリング用ロボット２０は、手首先端に、ワーク取り出し用のハンドを取り付け（２０２）、第２加工が終了したワーク１０を把持する（２０３）。又、治具搭載装置１に搭載された治具８の油圧シリンダ５０を作動させて、図８に置いてピストンを右方向に移動させ、プルボルト１１の拘束を解きワーク１０の治具８へのクランプを解く（２０４）。
【００３７】
ハンドリング用ロボット２０は、把持したワーク１０を治具８から取り外し（２０５）、該ワークの治具への取り付け面に取り付けられているプルボルト１１の取り外し指令をプルボルト着脱用ロボット３０に指令する（２０６）。ハンドリング用ロボット２０は手首の姿勢を変えることなく、プルボルト着脱用ロボット３０がプルボルト１１を取り外す作業が容易な位置に移動し、ワークを保持した状態で停止している（２０７）。一方、プルボルト着脱用ロボット３０は、前述したように、ワーク１０に取り付けられているプルボルト１１をナットランナ４０によって取り外す（３００）。
【００３８】
又、治具搭載装置１は傾き／旋回動作を実行し、治具８の第１加工用取り付け面Ｆ１に取り付けられている第１加工工程の加工が完了したワーク１０に対してプルボルト着脱用ロボット３０がプルボルトの取り付け動作が容易にできるような姿勢にする（２０８）。そして、プルボルト着脱用ロボット３０に対して、プルボルト取り付け指令を出力する（２０９）。プルボルト着脱用ロボット３０は、この指令を受けて、プルボルトの取り付け作業を開始する（３０１）。図６はこのときの治具搭載装置１の状態を示すもので、第１加工が完了下ワーク１０に対してプルボルト１１の取り付け作業の状態を示している。
【００３９】
又、ハンドリング用ロボット２０は、第２加工工程が終了したワーク（完成品）１０を把持した状態で、図９（ａ）に示すように、倉庫７０のワーク入出口７１まで移動し、ワーク入出口７１に用意されている完成品置き台上にこの完成品のワークを載置する（２１０）。そして、倉庫の制御装置に対して完成品置き台入庫指令を出力し（２１１）、倉庫では、完成品のワーク１０が載置された完成品置き台を入庫する（４０１）。
【００４０】
一方、治具搭載装置１は、傾き／旋回動作をして、プルボルト１１が取り付けられた第１加工が終了したワーク１０をハンドリング用ロボット２０が把持しやすい状態とする。図５はこのときの状態を示す（２１２）。そして、このワークを把持し（２１３）、このワーク１０を治具８に固定しているクランプ手段９のクランプを解除し（２１４）、この治具８の第１加工用取り付け面Ｆ１から取り外す（２１５）。図９（ｂ）は、この第１加工用取り付け面Ｆ１からワーク１０を取り外す際にハンドリング用ロボット２０のハンド２０ａがワーク１０を把持した状態を示す。
【００４１】
次に、治具搭載装置１は、傾き／旋回動作をして、治具８の第２加工用取り付け面Ｆ２に対して、現在把持しているプルボルト１１が装着され第１加工完了後のワーク１０を取り付け易い位置、姿勢にする（２１６）。そして、この第２加工用取り付け面Ｆ２に対して第１加工工程終了後のワーク１０を取り付ける作業を行う。図１０（ａ）は、この第２加工用取り付け面Ｆ２に第１加工工程の加工を終了したワーク１０を取り付けている状態を示す。
【００４２】
この場合、装着されているプルボルト１１を治具８に設けられた穴５６に挿入し、位置決めをする（２１７）。そして油圧シリンダ５０を作動させてプルボルト１１を治具８側に引き寄せ固定すると共に他のクランプも作動させてこのワーク１０を第２加工用取り付け面Ｆ２に固定する（２１８）。
【００４３】
次に、倉庫７０に対して素材置き台出庫指令を出力し（２１９）、倉庫ではこの指令を受けて素材置き台をワーク入出口７１に出庫する（４０２）。そして、治具搭載装置１は、第１加工終了後のワークが取り外された第１加工用取り付け面Ｆ１に、素材（新たなワーク）を治具に取り付けることが容易となるような姿勢にする。この場合、倉庫から素材を取り出す際の素材の姿勢、及びハンドリング用ロボット２０でのこの素材の把持状態によってこの姿勢は決まるが、この実施形態では図４に示すように、第１加工用取り付け面Ｆ１が上を向き、素材をこの面Ｆ１に取り付けしやすい状態とする（２２０）。なお、図４は、新たな素材（ワーク）１０を取り付けようとするときの状態を示している。
【００４４】
ハンドリング用ロボット２０は、ワーク入出口７１に出庫された素材を取り出す動作を行い（２２１）、その後倉庫に素材置き台入庫指令を出力し（２２２）、倉庫７０では、この指令で素材置き台を入庫する（４０３）。
【００４５】
ハンドリング用ロボット２０は、取り出してきた素材（ワーク）１０を治具の第１加工用取り付け面Ｆ１に位置決め取り付ける動作を行う（２２３）。そして、治具８のクランプ手段９を作動させ、ワーク（素材）１０を治具８にクランプする（２２４）。この第１加工用取り付け面Ｆ１へのワークのクランプは、従来から使用されている油圧等で作動しワークを上から押しつけて治具に固定するクランプ装置を使用している。図１０（ｂ）は、この新しいワーク（素材）１０を治具８に取り付けている状態を示す。
【００４６】
こうして、治具８の第１加工用取り付け面Ｆ１には、第１加工を行うための新たなワーク（素材）が取り付けられ、第２加工用取り付け面Ｆ２には、第１加工の終了したワーク１０が取り付けられた状態となる。この治具８を加工現場に搬送するために、治具搭載装置１は、傾き／旋回動作をして、図２（ａ）に示す状態とし、該治具搭載装置１を移動させて、従来と同様に昇降台６１に治具８を引き渡す（２２５）。
【００４７】
ハンドリング用ロボット２０は、ハンドを取り外し（２２６）、ロボットプログラム終了を全体システムのコントローラに送信する（２２７）。全体システムのコントローラは、自動段取り完了報告を表示し、マシンパレットの搬出指令を出し（１０２）、搬送車６０によって、ワーク１０が交換された治具８を取り出す（１０３）。
【００４８】
【発明の効果】
本発明は、ワークの姿勢を変えることができることから、ハンドリング用ロボットがワークを把持する際に、ロボットの手首に負荷が一番少ない状態でワークを把持し、ワーク交換を可能にすることから、重量のあるワークの交換で合っても、ロボットによる取り出し、取り付け、搬送ができるので、作業員の負荷が軽減される。又、自動ワーク交換をも可能になる。さらに、ネジによってワークを治具に固定位置決めして取り付ける方法でも、所望のワーク姿勢を得ることができることから、治具からのワーク取り外し取り付けを自動化し、ワーク自動交換が可能となり、ワーク取扱いの自動化ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における治具搭載装置の説明図である。
【図２】同実施形態における治具搭載装置の動作状態を示す図である。
【図３】同実施形態における治具搭載装置の動作状態を示す図である。
【図４】同実施形態におけるハンドリング用ロボットと治具搭載装置によるワーク交換作業の説明図である。
【図５】同実施形態におけるハンドリング用ロボットと治具搭載装置によるワーク交換作業の説明図である。
【図６】同実施形態の治具搭載装置の側面図である。
【図７】同実施形態におけるナットランナの説明図である。
【図８】同実施形態におけるワークをプルボルトにより治具に固定する説明図である。
【図９】本実施形態の治具搭載装置を利用したワーク取扱いシステムの動作説明図である。
【図１０】図９の続きである。
【図１１】ワーク取扱いシステムの動作処理のフローチャートである。
【図１２】図１１の続きである。
【符号の説明】
１ 治具搭載装置
２ ベース
３ 直線移動ガイド
４ 基台
５ 軸
６ 治具搭載部
６ａ 傾斜手段
６ｂ 旋回手段
７ 固定手段
８ 治具
８ａ 治具本体
８ｂ マシンパレット
９ クランプ手段
１０ ワーク
１Ｆ 第１加工用取り付け面
２Ｆ 第２加工用取り付け面
１１ プルボルト
１１ａ 雄ねじ部分
１１ｂ 位置決め嵌合部
１１ｃ 係合部
１１ｄ トルク伝達部
２０ ハンドリング用ロボット
２０ａ ハンド
３０ プルボルト着脱用ロボット
４０ プルボルト着脱手段（ナットランナ）
４０ａ モータ
４０ｂ 押しつけ機構
４０ｃ 回転トルクを伝達する部材
４０ｄ 嵌合部
４０ｅ 外筒
４０ｆ ボール
５０ 油圧シリンダ装置
５１ ピストン
５２ ボールロック機構
５３ ボール
５４ テーパスリーブ
５６ 穴
６０ 搬送車
６１ 昇降台
７０ 倉庫
７１ 入出口
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械等によって加工を行うワークの交換装置及びこのワーク交換装置を用いたワーク取扱いシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
未加工のワークやすでに一部加工された半加工品のワークを治具に取り付ける方法として、ワークに雌ねじを加工しておき、雄ねじを治具の裏側より通して雌ねじに螺合させ、このねじの螺合によってワークを治具に引きつけ固定する方法がある。加工品の種類によって、この雌ねじを設ける位置は様々であり、人手によってこの治具へのワーク取付作業を行わざるを得なく、ロボットによるワーク交換作業ができなかった。
【０００３】
又、ロボットによって重量のあるワークをハンドリングする場合、ロボット姿勢を変えると各関節に大きなモーメントがかかるが、ロボット手首の関節は、他の部分の関節と比較して、負荷の許容値が小さく、大きな重量のワークを把持して手首の姿勢を変えることは好ましくない。そのため、ワークの治具への取付、取り外し作業にロボットを使用する際には、ロボット手首の姿勢を大きく変えねばならないケースが多いことからロボットによる重量のあるワーク交換作業を行わせることはできなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の欠点を改善し、ロボットにより重量のあるワークの加工治具への取付、取り外しを可能にすることを課題とするものである。又、上述した従来技術におけるネジによるワークの加工治具への取付、さらには取り外しも、ロボットによって行うことを可能にして、ワーク交換作業の自動化を可能にすることを課題とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ハンドリング用ロボットのアーム先端にハンドを取付けて、加工開始前のワークを治具へ取付ける作業及び／又は加工終了後のワークを治具から取外す作業を行うワーク交換装置において、前記治具を搭載する治具搭載部と、該治具搭載部に前記治具を固定するための固定手段と、前記ワークの前記治具への取付け／取外しを行う際に前記ハンドにより把持される前記ワークの姿勢に前記治具の姿勢を対応させるための姿勢変更手段とを具備する治具搭載装置を備え、該姿勢変更手段は任意の位置で保持可能に且つ互いに独立して駆動される、２つの位置決め機構を有することによって、前記課題を解決した。又、この２つの位置決め機構は、前記治具搭載部を旋回する手段と前記治具搭載部の傾きを変更する手段とした。
【０００６】
さらに、ワークにネジ溝加工された孔にプルボルトの先端部を螺合により着脱するためのプルボルト着脱手段を備えたプルボルト着脱用ロボットを備え、プルボルトが装着されたワークを前記ハンドリング用ロボットにより治具に位置決めし、治具に取付けられた引付け油圧シリンダ装置のピストンに連結されたボールロック機構でプルボルトの後端部をロックし、ピストンを引付ける力によりワークの前記治具への固定及び位置決めを行うようにしてワークの治具への取付を自動化した。前述したプルボルト着脱手段は、プルボルトを保持する保持機構と、該プルボルトと嵌合し回転トルクを伝達する部材と、前記嵌合を行わせるための押付け機構とを備えるものとした。
【０００７】
又、本発明は、前述したワーク交換装置と自動倉庫とを結合し、前記ハンドリング用ロボットが前記自動倉庫から出庫された加工前のワークをハンドリングし、前記治具へワークを取付ける工程、及び前記ハンドリング用ロボットが前記治具から取外した加工終了後のワークをハンドリングして前記自動倉庫に入庫する工程を行うワーク取扱いシステムを構築した。さらには、上述のワーク交換装置と自動倉庫とを連結し、前記ハンドリング用ロボットが前記自動倉庫から出庫された加工前のワークをハンドリングし、かつ前記プルボルト着脱用ロボットと協同して前記治具へワークを取付ける工程、及び前記ハンドリング用ロボットが前記治具から取外した加工終了後のワークをハンドリングして前記自動倉庫に入庫する工程を行うワーク取扱いシステムを構築した。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態における治具搭載装置１の説明図である。又、図６はこの治具搭載装置１を図１の右側からみたときの側面図である。この該治具搭載装置１はベース２上に設けられた直線移動ガイド３に沿って直線移動可能に配設されている。治具搭載装置１の基台４は、２つの側板と底板で構成され、軸５が取り付けられた上方部は、開放されている。２つの側板には、それぞれ軸５、５が回転可能に軸支され、各軸５，５には、治具搭載部６に搭載された治具８を傾けるための傾斜手段６ａが固着されている。この傾斜手段６ａも、軸５，５に固定される側板部とこの２つの側板部と一体的に形成され２つの側板部を連結する底板部を備えている。この傾斜手段６ａの底板部には治具８を旋回手段６ｂが回転可能に取り付けられている。
【０００９】
図示されてはいないが、前記軸５，５の内少なくとも一方の軸５は、伝動機構を介してモータに連結され、該モータによって該軸５を回転させることにより、この軸に固着された傾斜手段６ａを傾け、治具搭載部６全体を傾けることができるように構成されている。本実施形態においては、前記モータをサーボモータで構成し、任意の傾き位置でこの治具搭載部６を保持できるようにしている。又、旋回手段６ｂを旋回させる手段も図示はしていないが、モータ（本実施形態ではサーボモータ）で駆動するようにしており、旋回手段６ｂも任意の旋回位置に保持できるようにしている。
【００１０】
治具搭載部６の旋回手段６ｂには、この治具搭載部６に治具８を取り付け固定するための油圧で駆動される固定手段７を備える。この固定手段７は従来から使用されているものと同一であり、詳細な説明は省略する。
【００１１】
治具８は、ワーク１０を取り付ける治具本体８ａと該治具本体８ａが固着されたマシンパレット８ｂで構成されている。そして、前記固定手段７によって、マシンパレット８ｂが治具搭載部６の旋回手段６ｂに固定されることで、治具８は治具搭載部６に固定されることになる。
【００１２】
治具本体８ａには、ワーク１０を取付固定するための、従来から使用されている油圧で駆動されるクランプ手段９及び後述するようにネジでクランプするクランプ手段９を備えており、このクランプ手段９によって、この図１で示す例では、治具本体８ａの両面（図１に示す左右の面）にワーク１０、１０が取り付けられている。この実施形態ではこのワーク１０，１０は同一加工品であり、一方を他方に対して９０回転させて取り付けている状態を示している。
【００１３】
ワーク１０は治具８に取り付けられることから、ワーク１０の１面〜３面がこの取付のために使用され、ワーク１０全ての面（例えば６面）を全て加工するには、一度、ワーク１０を治具８から取り外し、別の姿勢で再度ワーク１０を治具に取り付ける必要がある。そのため、一般的に第１加工工程、第２加工工程、と加工工程を分けて加工を行っている。そこで、この実施形態では、第１の加工工程を実行するワーク１０を取り付ける治具本体８ａの面を、第１加工用取り付け面Ｆ１、第２の工程加工を実行するワーク１０を取り付ける面を第２加工用取り付け面Ｆ２と符号を付している。
【００１４】
なお、治具本体８ａに取り付けるワーク１０は、上述した例以外に第１加工工程で終了するワークをそれぞれ取り付けてもよく、さらには、１つのワークのみを取り付ける治具であってもよい。
【００１５】
図２（ａ）〜（ｃ）、図３（ａ）〜（ｃ）は、この治具搭載装置１の動作状態を示す図である。
図２（ａ）は、治具８がこの治具搭載装置１に固定されたときの状態とする。図２（ｂ）は、図２（ａ）の状態から、旋回手段によって旋回手段６ｂを矢印に示す方向に９０度回転させた状態である。又、図２（ｃ）は、図２（ｂ）の状態から、傾斜手段６ａを９０度傾け、治具搭載部６全体を傾けた状態を示す図である。この治具搭載部６、治具８及びワーク１０を図２（ｃ）のように傾けた状態では、この治具搭載装置１の治具８に取り付けられたワーク１０の位置がロボットで操作する位置から、あまり変化がないように治具搭載装置１自体も直線移動する。
【００１６】
図３（ａ）は、図２（ｃ）の状態で旋回手段６ｂを矢印の方向に９０度回転させた状態を示す図である。又、図３（ｂ）は、図３（ａ）の状態から、傾斜手段６ａを９０度逆方向に駆動し、治具搭載部６全体をもとの状態に戻したときの状態を示す図である。図３（ｃ）は図３（ｂ）の状態から旋回手段６ｂを前と同じ方向に旋回させたときの状態を示す図である。
【００１７】
なお、旋回手段６ｂや傾斜手段６ａは、サーボモータで駆動していることから、任意の角度まで旋回、揺動させ、その旋回、揺動位置で治具８の姿勢を保持することができるものである。
【００１８】
この図２（ａ）〜（ｃ）、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、治具８が旋回し傾くことで、この治具８に固着されたワーク１０の姿勢、向きを変えることができる。この治具８からワーク１０を取り外すときや取り付けるとき、ワークをハンドリングするハンドリング用ロボット２０の少なくとも手首の姿勢が一番負荷のかからないような状態でワーク１０を把持し、かつ搬送、倉庫への入庫姿勢と合うように、治具８の姿勢を対応させるようにして、ワーク１０の治具８への位置決め、取り付け、取り外し作業を行うことができるようにしている。
【００１９】
例えば、図４、図５に示すように、ハンドリング用ロボット２０のハンド２０ａで把持するワーク１０の姿勢に合うように治具８の姿勢を任意に選択することができる。しかも、この図４，５に示すように、ハンド２０ａを下方に向けた状態に手首２０ｂの関節を保持して、手首２０ｂに１番負荷のかからないような状態で、異なった姿勢のワーク１０を保持することができる。そのため、重量のあるワーク１０でも、ハンドリング用ロボット２０の手首に大きなモーメントをかけることなく、必要とするワーク１０の姿勢でワーク１０を保持、搬送ができるようになるから、作業員をワーク交換時の重労動から開放することができる。
【００２０】
さらに、この治具搭載装置１を用いれば、ねじを用いて治具にワーク１０を位置決め、固定するようなクランプ手段９を用い、このクランプ作業もロボットで行うことができる。従来、この取り付け方法では、ねじの回転操作を治具の裏側から行わねばならず、そのためにロボットによる取付ができなかった。しかし、この治具搭載装置１を用いることによって、ロボットによる取り付けを可能にした。これにより、ワーク交換を自動化することができる。
【００２１】
このネジによる治具８へのワーク取り付け方法として、本発明は、予めワークにネジに対応するプルボルトを取り付けておき、このプルボルトを治具側に引き寄せることによってワークを治具に取り付ける用にすることにより、ロボットによる作業を可能にした。
【００２２】
図６は、この治具搭載装置１にクランプされたワーク１０に、プルボルト着脱用ロボット３０によって、プルボルト１１を取り付け若しくは取り外しを行うときの動作説明図である。このプルボルト１１をワーク１０に装着するためにワークには予め又は第１加工工程でネジ溝加工を行っておく。そして、プルボルト着脱用ロボット３０の手首先端には、プルボルト着脱手段としてのナットランナ４０が取り付けられている。このナットランナ４０の構成を説明するまえに、プルボルト１１の構成を図６、及びこのプルボルト１１により治具８に固定する動作説明図である図８を参照して説明する。
【００２３】
プロボルト１１は、先端部にワークに加工されたタップ穴のネジ溝と螺合する雄ねじ部分１１ａを有する。この雄ねじ部分１１ａに続いて、拡径された鍔状の位置決め嵌合部１１ｂが形成されており、これに続いて、縮径されこの縮径部から拡径部へ連続的に曲線でつながる凹曲面部を有している。この凹曲面部は、ボールロック機構５２のボール５３と係合し、該プルボルト１１を治具８側に引きつけ固定する係合部１１ｃを構成する。さらに、この係合部１１ｃの拡径された肩部に続いてこのプルボルト１１の端部にネジ締めトルクを伝達するためのトルク伝達部１１ｄが形成されており、この実施形態ではこのトルク伝達部１１ｄは六角ボルト頭のような形状の部材で構成している。
【００２４】
次に、プルボルト着脱手段のナットランナ４０について図７を参照しながら説明する。このナットランナ４０の駆動源のモータ（サーボモータ）４０ａの出力軸には押しつけ機構４０ｂが連結され、この押しつけ機構４０ｂは、モータ出力軸に連結された管とこの管内に配置されたバネで構成され、この押しつけ機構４０ｂの管の先端には、プルボルト１１のトルク伝達部（六角ボルト頭のような形状）１１ｄと嵌合する嵌合部（六角ボルト頭のような形状と嵌合する六角形状の凹部）４０ｄを備えた回転トルクを伝達する部材４０ｃが係合している。押しつけ機構４０ｂの管の先端部の外形は多角形状に構成され、回転トルクを伝達する部材４０ｃはこの多角形状の外形と嵌合する穴を備え、かつ、押しつけ機構４０ｂの管内に配置されたバネによって軸方向に移動させられるよう力が加えられるとともに、押しつけ機構４０ｂの管の回転によって、この回転トルクを伝達する部材４０ｃも回転する構成となっている。
【００２５】
さらに、このナットランナ４０の外筒４０ｅには、一部にスリットが形成されたリング状のバネによって中心方向に付勢されたボール４０ｆが配置されている。このボール４０ｆがプルボルト１１の係合部１１ｃと係合することによって、プルボルト１１を保持し、ナットランナ４０の姿勢がどのように変化しようとも、保持したプルボルト１１を落とすことはない。
【００２６】
そこで、ワークに対してプルボルト１１を装着する場合には、ロボット３０に取り付けたナットランナ４０にプルボルト１１を装着しておき、図６、図７に示すようにワーク１０のプルボルト装着用タップ穴にプルボルト１１をロボット３０により押しつける。そうすると、プルボルト１１は後退しようとするが、プルボルト１１の六角ボルト頭のような形状のトルク伝達部１１ｄとナットランナ４０の押しつけ機構４０ｂの先端部の嵌合部４０ｄが当接し、押しつけ機構４０ｂのバネにより後退が抑えられる。次に、モータ４０ａを低速で所定回転角度だけ回転させる。例えば１回転させると、押しつけ機構４０ｂの嵌合部４０ｄはプルボルト１１のトルク伝達部１１ｄと圧接しながら回転することになるから、このトルク伝達部１１ｄと押しつけ機構４０ｂの嵌合部４０ｄは嵌合することになる。
【００２７】
さらに、この嵌合が達成された後はプルボルト１１も低速で回転することになるから、ワーク１０に設けたネジ溝加工された孔（タップ穴）とプルボルト１１の雄ねじ部分１１ａは噛み合いを開始する。次に高速でモータ４０ａを駆動すれば、雄ねじ部分１１ａはタップ穴と螺合し、位置決め嵌合部１１ｂの鍔部が着座し、回転トルクが増大する。この回転トルクの増大（モータの駆動電流の増大）を検出してモータ４０ａの駆動を停止し、ロボット３０によりナットランナ４０をプルボルト軸方向にかつプルボルト１１から離脱するように移動させれば、リング状のバネによって中心方向に付勢されたボール４０ｆを、プルボルト１１の係合部１１ｃの肩部がバネの力に抗して移動させ、プルボルト１１とナットランナ４０の係合は離脱する。これによりプルボルト１１の取り付けを完了する。
【００２８】
又、プルボルト１１をワークから取り外す際には、ナットランナ４０の中心軸とワーク１０に取り付けられプルボルト１１の中心軸が一致するように、ロボット３０を位置決めし、プルボルト１１をナットランナ４０の外筒４０ｅ内に挿入し、回転トルクを伝達する部材４０ｃの嵌合部４０ｄとプルボルト１１のトルク伝達部１１ｄを押しつけ機構４０ｂのバネによって圧接させる。そして、モータ４０ａを低速で所定角度（例えば１回転）回転させると、嵌合部４０ｄとプルボルト１１のトルク伝達部１１ｄは嵌合し、モータ４０ａの回転力はプルボルト１１に伝達される。その後、高速でモータ４０ａを駆動して、プルボルトとタップ穴との螺合を解くことにより、プルボルト１１をワークから取り外すことができる。
【００２９】
このようにして、ワーク１０に対してプルボルト１１をロボットにより装着することも、又取り外すこともできワーク１０へのプルボルト着脱を自動化することができる。
【００３０】
次に、ワーク１０をこのプルボルト１１を利用して治具８に取り付ける動作について説明する。
図８は、プルボルト１１が取り付けられたワーク１０を治具８に取り付けた状態を説明する説明図である。治具８には、プルボルト１１を引きつけワーク１０を固定し位置決めするプルボルト引きつけ手段を備えている。このプルボルト引きつけ手段は、油圧シリンダ装置５０と該油圧シリンダ装置５０のピストンに連結されたボールロック機構５２より構成されている。油圧シリンダ装置５０のピストンの先端には、ボールロック機構５２を構成するボール５３が移動可能状態で嵌挿されている。このボール５３と協同してボールロック機構５２を構成するテーパスリーブ５４を有する部材５５が治具８に取り付けられている。又、治具８には、プルボルト１１が挿入され、プルボルト１１の鍔状位置決め嵌合部１１ｂとによりワーク１０の位置を決める穴５６が設けられ、この穴５６の中心軸に沿って油圧シリンダ装置５０が配置されている。
【００３１】
この治具８の穴５６にプルボルト１１を挿入する際には、油圧シリンダ装置５０のピストン５１は、図８において右方に移動しており、テーパスリーブ５４の拡径されたテーパ部にボール５３が存在し、プルボルト１１のトルク伝達部１１ｄの頭部及び係合部１１ｃの肩部を通過させる。そして、油圧シリンダ装置５０を作動させて、ピストン５１を図８において左方に移動させれば、ボール５３はテーパスリーブ５４にガイドされて中心方向に突出し、プルボルト１１の係合部１１ｃと係合し、プルボルト１１及びこのプルボルトが固着されているワーク１０を治具８側に引っ張り治具に固定することになる。
【００３２】
次に、この治具搭載装置１を用いて、ワークを自動交換する動作について、図９〜図１２に示すワークの出庫、入庫、ワーク交換を自動化したワーク取扱いシステムと共に説明する。
【００３３】
このワーク取扱いシステムでは、治具８への第１加工工程を行う第１加工用取り付け面Ｆ１へのワーク１０の取付は、従来から使用されている油圧によってワークを上から押さえつけてクランプするクランプ手段９を採用し、第２加工工程の加工を行う第２加工用取り付け面Ｆ２に対する取付のクランプ手段９としては、上述したプルボルト１１を用いワーク１０を治具８に取り付け固定、位置決めするものとしている。
【００３４】
図１１、図１２は、このシステムにおける動作フローであり、コントローラはこのシステム全体を制御するコントローラであり、ロボットハンドリング用ロボットは、ワーク１０を把持し治具８への取り付け、取り外し、搬送等のハンドリングを行うロボットである。又、プルボルト着脱用ロボットは、ワークにプルボルトを装着及び取り外す作業を行うロボットである。倉庫は加工開始前のワーク素材、加工終了後のワーク（完成品）を保管する倉庫である。又、図９、図１０は、このワーク取扱いシステムの動作説明図である。なお、図９、図１０においては、プルボルト着脱用ロボット３０は紙面裏側位置に配置されているものであるがこれらの図には記載していない。
【００３５】
まず、コントローラから、マシンパレット搬入指令が出力されると、治具本体８ａとマシンパレット８ｂが固着され一体となって構成する治具８が搬送車６０によって、昇降台６１に搬入される。この治具本体８ａには、第１加工、第２加工が完了したワーク１０を保持する（１００）。そして、コントローラは自動段取り開始指令をハンドリング用ロボット２０に送信し、ハンドリング用ロボット２０の制御装置はこの指令を受けて完成品置きの空パレットの出庫指令を倉庫７０に出力する（２００）。倉庫７０では、完成品置き台を倉庫の入出口７１に出庫する（４００）。
【００３６】
次に、治具搭載装置１は昇降台６１の下方の所定位置に移動し、昇降台６１が下降して、治具搭載装置１の固定手段７によって、治具８のマシンパレット８ｂがクランプされ、治具８は治具搭載装置１に固定されることになる。その後、治具搭載装置１は移動し、各ロボット２０，３０で作業できる所定位置に復帰し、傾き／旋回運動を行い、治具８に取り付けられている第２加工工程の加工を終了したワーク（完成品）１０を取り外し可能な姿勢とする。この場合、ワーク１０を倉庫７０に格納する姿勢でワークをハンドリング用ロボット２０のハンド２０ａで把持できるような姿勢とする。即ち、この実施形態では、図９（ａ）に示すように、第２加工用取り付け面Ｆ２を上向きにした姿勢とする（２０１）。又、ハンドリング用ロボット２０は、手首先端に、ワーク取り出し用のハンドを取り付け（２０２）、第２加工が終了したワーク１０を把持する（２０３）。又、治具搭載装置１に搭載された治具８の油圧シリンダ５０を作動させて、図８に置いてピストンを右方向に移動させ、プルボルト１１の拘束を解きワーク１０の治具８へのクランプを解く（２０４）。
【００３７】
ハンドリング用ロボット２０は、把持したワーク１０を治具８から取り外し（２０５）、該ワークの治具への取り付け面に取り付けられているプルボルト１１の取り外し指令をプルボルト着脱用ロボット３０に指令する（２０６）。ハンドリング用ロボット２０は手首の姿勢を変えることなく、プルボルト着脱用ロボット３０がプルボルト１１を取り外す作業が容易な位置に移動し、ワークを保持した状態で停止している（２０７）。一方、プルボルト着脱用ロボット３０は、前述したように、ワーク１０に取り付けられているプルボルト１１をナットランナ４０によって取り外す（３００）。
【００３８】
又、治具搭載装置１は傾き／旋回動作を実行し、治具８の第１加工用取り付け面Ｆ１に取り付けられている第１加工工程の加工が完了したワーク１０に対してプルボルト着脱用ロボット３０がプルボルトの取り付け動作が容易にできるような姿勢にする（２０８）。そして、プルボルト着脱用ロボット３０に対して、プルボルト取り付け指令を出力する（２０９）。プルボルト着脱用ロボット３０は、この指令を受けて、プルボルトの取り付け作業を開始する（３０１）。図６はこのときの治具搭載装置１の状態を示すもので、第１加工が完了下ワーク１０に対してプルボルト１１の取り付け作業の状態を示している。
【００３９】
又、ハンドリング用ロボット２０は、第２加工工程が終了したワーク（完成品）１０を把持した状態で、図９（ａ）に示すように、倉庫７０のワーク入出口７１まで移動し、ワーク入出口７１に用意されている完成品置き台上にこの完成品のワークを載置する（２１０）。そして、倉庫の制御装置に対して完成品置き台入庫指令を出力し（２１１）、倉庫では、完成品のワーク１０が載置された完成品置き台を入庫する（４０１）。
【００４０】
一方、治具搭載装置１は、傾き／旋回動作をして、プルボルト１１が取り付けられた第１加工が終了したワーク１０をハンドリング用ロボット２０が把持しやすい状態とする。図５はこのときの状態を示す（２１２）。そして、このワークを把持し（２１３）、このワーク１０を治具８に固定しているクランプ手段９のクランプを解除し（２１４）、この治具８の第１加工用取り付け面Ｆ１から取り外す（２１５）。図９（ｂ）は、この第１加工用取り付け面Ｆ１からワーク１０を取り外す際にハンドリング用ロボット２０のハンド２０ａがワーク１０を把持した状態を示す。
【００４１】
次に、治具搭載装置１は、傾き／旋回動作をして、治具８の第２加工用取り付け面Ｆ２に対して、現在把持しているプルボルト１１が装着され第１加工完了後のワーク１０を取り付け易い位置、姿勢にする（２１６）。そして、この第２加工用取り付け面Ｆ２に対して第１加工工程終了後のワーク１０を取り付ける作業を行う。図１０（ａ）は、この第２加工用取り付け面Ｆ２に第１加工工程の加工を終了したワーク１０を取り付けている状態を示す。
【００４２】
この場合、装着されているプルボルト１１を治具８に設けられた穴５６に挿入し、位置決めをする（２１７）。そして油圧シリンダ５０を作動させてプルボルト１１を治具８側に引き寄せ固定すると共に他のクランプも作動させてこのワーク１０を第２加工用取り付け面Ｆ２に固定する（２１８）。
【００４３】
次に、倉庫７０に対して素材置き台出庫指令を出力し（２１９）、倉庫ではこの指令を受けて素材置き台をワーク入出口７１に出庫する（４０２）。そして、治具搭載装置１は、第１加工終了後のワークが取り外された第１加工用取り付け面Ｆ１に、素材（新たなワーク）を治具に取り付けることが容易となるような姿勢にする。この場合、倉庫から素材を取り出す際の素材の姿勢、及びハンドリング用ロボット２０でのこの素材の把持状態によってこの姿勢は決まるが、この実施形態では図４に示すように、第１加工用取り付け面Ｆ１が上を向き、素材をこの面Ｆ１に取り付けしやすい状態とする（２２０）。なお、図４は、新たな素材（ワーク）１０を取り付けようとするときの状態を示している。
【００４４】
ハンドリング用ロボット２０は、ワーク入出口７１に出庫された素材を取り出す動作を行い（２２１）、その後倉庫に素材置き台入庫指令を出力し（２２２）、倉庫７０では、この指令で素材置き台を入庫する（４０３）。
【００４５】
ハンドリング用ロボット２０は、取り出してきた素材（ワーク）１０を治具の第１加工用取り付け面Ｆ１に位置決め取り付ける動作を行う（２２３）。そして、治具８のクランプ手段９を作動させ、ワーク（素材）１０を治具８にクランプする（２２４）。この第１加工用取り付け面Ｆ１へのワークのクランプは、従来から使用されている油圧等で作動しワークを上から押しつけて治具に固定するクランプ装置を使用している。図１０（ｂ）は、この新しいワーク（素材）１０を治具８に取り付けている状態を示す。
【００４６】
こうして、治具８の第１加工用取り付け面Ｆ１には、第１加工を行うための新たなワーク（素材）が取り付けられ、第２加工用取り付け面Ｆ２には、第１加工の終了したワーク１０が取り付けられた状態となる。この治具８を加工現場に搬送するために、治具搭載装置１は、傾き／旋回動作をして、図２（ａ）に示す状態とし、該治具搭載装置１を移動させて、従来と同様に昇降台６１に治具８を引き渡す（２２５）。
【００４７】
ハンドリング用ロボット２０は、ハンドを取り外し（２２６）、ロボットプログラム終了を全体システムのコントローラに送信する（２２７）。全体システムのコントローラは、自動段取り完了報告を表示し、マシンパレットの搬出指令を出し（１０２）、搬送車６０によって、ワーク１０が交換された治具８を取り出す（１０３）。
【００４８】
【発明の効果】
本発明は、ワークの姿勢を変えることができることから、ハンドリング用ロボットがワークを把持する際に、ロボットの手首に負荷が一番少ない状態でワークを把持し、ワーク交換を可能にすることから、重量のあるワークの交換で合っても、ロボットによる取り出し、取り付け、搬送ができるので、作業員の負荷が軽減される。又、自動ワーク交換をも可能になる。さらに、ネジによってワークを治具に固定位置決めして取り付ける方法でも、所望のワーク姿勢を得ることができることから、治具からのワーク取り外し取り付けを自動化し、ワーク自動交換が可能となり、ワーク取扱いの自動化ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における治具搭載装置の説明図である。
【図２】同実施形態における治具搭載装置の動作状態を示す図である。
【図３】同実施形態における治具搭載装置の動作状態を示す図である。
【図４】同実施形態におけるハンドリング用ロボットと治具搭載装置によるワーク交換作業の説明図である。
【図５】同実施形態におけるハンドリング用ロボットと治具搭載装置によるワーク交換作業の説明図である。
【図６】同実施形態の治具搭載装置の側面図である。
【図７】同実施形態におけるナットランナの説明図である。
【図８】同実施形態におけるワークをプルボルトにより治具に固定する説明図である。
【図９】本実施形態の治具搭載装置を利用したワーク取扱いシステムの動作説明図である。
【図１０】図９の続きである。
【図１１】ワーク取扱いシステムの動作処理のフローチャートである。
【図１２】図１１の続きである。
【符号の説明】
１ 治具搭載装置
２ ベース
３ 直線移動ガイド
４ 基台
５ 軸
６ 治具搭載部
６ａ 傾斜手段
６ｂ 旋回手段
７ 固定手段
８ 治具
８ａ 治具本体
８ｂ マシンパレット
９ クランプ手段
１０ ワーク
１Ｆ 第１加工用取り付け面
２Ｆ 第２加工用取り付け面
１１ プルボルト
１１ａ 雄ねじ部分
１１ｂ 位置決め嵌合部
１１ｃ 係合部
１１ｄ トルク伝達部
２０ ハンドリング用ロボット
２０ａ ハンド
３０ プルボルト着脱用ロボット
４０ プルボルト着脱手段（ナットランナ）
４０ａ モータ
４０ｂ 押しつけ機構
４０ｃ 回転トルクを伝達する部材
４０ｄ 嵌合部
４０ｅ 外筒
４０ｆ ボール
５０ 油圧シリンダ装置
５１ ピストン
５２ ボールロック機構
５３ ボール
５４ テーパスリーブ
５６ 穴
６０ 搬送車
６１ 昇降台
７０ 倉庫
７１ 入出口
Claims (5)
- ハンドリング用ロボットのアーム先端にハンドを取付けて、加工開始前のワークを治具へ取付ける作業及び／又は加工終了後のワークを前記治具から取外す作業を行うワーク交換装置において、前記治具を搭載する治具搭載部と、該治具搭載部に前記治具を固定するための固定手段と、前記ワークの前記治具への取付け／取外しを行う際に前記ハンドにより把持される前記ワークの姿勢に前記治具の姿勢を対応させるための姿勢変更手段とを具備する治具搭載装置を備え、
前記姿勢変更手段は任意の傾き位置に前記治具搭載部を保持できる位置決め機構と任意の旋回位置に前記治具搭載部を保持できる位置決め機構を有し、両位置決め機構は互いに独立して駆動されることを特徴とするワーク交換装置。 - 前記ワークにネジ溝加工された孔にプルボルトの先端部を螺合により着脱するためのプルボルト着脱手段を備えたプルボルト着脱用ロボットを備え、プルボルトが装着されたワークを前記ハンドリング用ロボットにより前記治具に位置決めし、前記治具に取付けられた引付け油圧シリンダ装置のピストンに連結されたボールロック機構で前記プルボルトの後端部をロックし、前記ピストンを引付ける力により前記ワークの前記治具への固定及び位置決めを行うようにした、請求項１に記載のワーク交換装置。
- 前記プルボルト着脱手段は、プルボルトを保持する保持機構と、該プルボルトと嵌合し回転トルクを伝達する部材と、前記嵌合を行わせるための押付け機構とを備える請求項２に記載のワーク交換装置。
- 請求項１に記載のワーク交換装置と自動倉庫とを結合し、前記ハンドリング用ロボットが前記自動倉庫から出庫された加工前のワークをハンドリングし、前記治具へワークを取付ける工程、及び前記ハンドリング用ロボットが前記治具から取外した加工終了後のワークをハンドリングして前記自動倉庫に入庫する工程を行うワーク取扱いシステム。
- 請求項２又は請求項３に記載のワーク交換装置と自動倉庫とを結合し、前記ハンドリング用ロボットが前記自動倉庫から出庫された加工前のワークをハンドリングし、かつ前記プルボルト着脱用ロボットと協同して前記治具へワークを取付ける工程、及び前記ハンドリング用ロボットが前記治具から取外した加工終了後のワークをハンドリングして前記自動倉庫に入庫する工程を行うワーク取扱いシステム。
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