JP4851341B2 - 曲げ加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、長尺状の被加工物、例えばパイプや棒状材を所定の方向に曲げ加工する際に、被加工物を移動して曲げ加工する曲げ加工装置に関する。

従来より、特許文献１にあるように、被加工物をチャック機構により把持して、被加工物の軸方向と平行な軸の廻りで回動する関節を３組有する関節型ロボットの先端に曲げ機構を取り付け、各関節を回動して曲げ機構を所定の位置に移動すると共に、チャック機構を被加工物の軸方向に移動機構により移動して、複数箇所で曲げ加工するものが知られている。
特開２００１−２１２６２４号公報

しかしながら、こうした従来のものでは、チャック機構を移動機構により移動して、被加工物を軸方向に移動する構成であるので、移動機構が被加工物を把持したチャック機構を移動できるスペースを必要とし、装置が大型化し、設置スペースが大きくなるという問題があった。

本発明の課題は、装置が小型で、設置スペースも小さい曲げ加工装置を提供することにある。
また、本発明は加工すべき被加工物の搬入が容易に行える曲げ加工装置を提供することも目的とする。

かかる課題を達成すべく、本発明は課題を解決するために次の手段をとった。即ち、曲げ加工装置であって、
機台と、
前記機台に取付けられた曲げ機構であって、曲げ型と、該曲げ型の周りを公転可能な締め型とを有し、前記曲げ型と前記締め型とにより長尺状の被加工物を挟持し、前記締め型を公転させ、前記被加工物を曲げ加工する曲げ機構と、
前記機台に取付けられた関節型ロボットと、
前記関節型ロボットに取り付けられ、前記被加工物を把持するチャック機構と、
を備え、
前記チャック機構が、前記被加工物を収納場所から曲げ加工の場所へ搬送するときに、前記被加工物の中央部分を把持するための第１の固定部と、前記被加工物の曲げ加工をするために前記被加工物の先端部分を把持する第２の固定部と、を有する、曲げ加工装置がそれである。

前記関節型ロボットは、曲げ動作を行う曲げ関節と、旋回動作を行う回転関節とをそれぞれ複数有する構成でもよい。また、前記関節型ロボット、前記曲げ機構及び前記チャック機構を制御する制御手段を備え、前記制御手段は、前記関節型ロボットにより前記チャック機構を移動して、複数箇所で曲げ加工する曲げ制御手段を備えた構成としてもよい。さらに、前記制御手段は、前記関節型ロボット、前記曲げ機構及び前記チャック機構を制御して、被加工物を搬入する際には、被加工物の中央部を前記チャック機構により把持し、曲げ加工する際は被加工物の先端部を前記チャック機構により保持するようにしてもよい。

本発明の曲げ加工装置は、固定された曲げ機構に対して、関節型ロボットがチャック機構で把持した被加工物を移動して曲げ加工するので、装置が小型で、設置スペースも小さいという効果を奏する。

また、本発明の曲げ加工装置は、被加工物を搬入する際には、被加工物の中央部をチャック機構により把持し、曲げ加工する際は被加工物の先端部をチャック機構により保持するので、被加工物の搬入動作を容易に行えるという効果を奏する。

本発明の第１実施例としての曲げ加工装置の正面図である。 第１実施例の曲げ加工装置の平面図である。 第１実施例の関節型ロボットの正面図である。 第１実施例の曲げ機構の拡大斜視図である。 第１実施例の曲げ加工装置の制御系統を示すブロック図である。 第１実施例の制御回路で行われる曲げ加工制御処理の一例を示すフローチャートである。 第２実施例の曲げ加工装置の平面図である。 第２実施例の曲げ加工装置の平面図である。 第２実施例の曲げ加工装置の正面図である。 第２実施例のチャック機構の一部を示す断面図である。 第２実施例のチャック機構の構成を示す概略図である。 第２実施例の曲げ加工装置の制御系統を示すブロック図である。 第２実施例の制御回路で行われるチャック機構移動処理の一例を示すフローチャートである。 チャック機構の作動を示す説明図である。 チャック機構の作動を示す説明図である。

符号の説明

１、１１０…機台 ２、１４０…関節型ロボット
４、１８０…被加工物 ６…第１曲げ関節
８…第２曲げ関節 １０…第３曲げ関節
１２…第１回転関節 １４…第２回転関節
２０、１４２…第１アーム ２２、１４４…第２アーム
２６、１４８…先端アーム ２８…補助関節
３０、１５０…チャック機構 ３２…回転関節
４０、１２０…曲げ機構 ４２、１２２…曲げ型
４６…曲げアーム ４８、１２４…締め型
５０…ワイパ型 ５２、１２６…圧力型
５８…固定台 ６０…芯金機構
６２…加圧機構 ７０…制御回路
１５２…切欠き １６０…マンドレル装置

以下本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
〔第一実施例〕
図１〜図３に示すように、１は機台であり、機台１上には関節型ロボット２が載置されている。関節型ロボット２には、パイプ等の長尺状の被加工物４を把持するチャック機構３０が取り付けられている。関節型ロボット２は、曲げ動作を行う３個の曲げ関節６，８，１０と、旋回動作を行う３個の回転関節１２，１４，３２とを備えている。

曲げ関節とは、関節で接続された二つの部材のリンク方向に対して直交する方向に曲げ軸が延在している関節であり、回転関節とは、関節で接続された二つの部材のリンク方向と同じ方向に旋回軸が延在している関節である。

関節型ロボット２は、機台１に取り付けられた固定部１６を備え、固定部１６と第１旋回台１８とは、第１回転関節１２により接続されている。第１回転関節１２は、鉛直な軸ＣＶ１（図３参照）の廻りで第１旋回台１８を所定角度内で回動駆動する機構を有するものである。図３に、第１旋回台１８の回動方向を矢印Ａで示す。

第１旋回台１８には、第１アーム２０の一端が第１曲げ関節６を介して接続されている。第１曲げ関節６は水平な軸ＣＨ１(図３参照)の廻りで第１アーム２０を所定角度内で回動駆動する機構を有するものである。第１曲げ関節６の水平な軸ＣＨ１と第１回転関節１２の鉛直な軸ＣＶ１とは直交している。図３に、第１アーム２０の回動方向を矢印Ｂで示す。

第１アーム２０の他端と第２アーム２２の一端とが第２曲げ関節８を介して接続されている。第２曲げ関節８は第１曲げ関節６の水平な軸ＣＨ１と平行な軸ＣＨ２(図３参照)の廻りで第２アーム２２を所定角度内で回動駆動する機構を有するものである。図３に、第２アーム２２の回動方向を矢印Ｃで示す。

第２アーム２２の他端には、第２旋回台２４（図２参照）が第２回転関節１４を介して接続されている。第２回転関節１４は、第１、第２曲げ関節６，８の水平な軸ＣＨ１，ＣＨ２と直交する軸ＣＶ２の廻りで第２旋回台２４を所定角度内で回動駆動する機構を有するものである。図２に、第２旋回台２４の回動方向を矢印Ｄで示す。第２旋回台２４には、先端アーム２６の一端が第３曲げ関節１０を介して接続されている。第３曲げ関節１０は、先端アーム２６を第１、第２曲げ関節６，８の水平な軸ＣＨ１，ＣＨ２と平行な軸ＣＨ３（図３参照）の廻りに回動するものである。図３に先端アーム２６の回動方向を矢印Ｅで示す。

第２アーム２２には、第３回転関節３２が設けられており、旋回軸１７（図３参照）を中心として、第２アームの後部２２ｂは前部２２ａに対してひねり運動を行うことができる。図３に、後部２２ｂの回動方向を矢印Ｆで示す。

尚、図２に示す第２回転関節１４及び第２旋回台２４は、図３には隠れているため、現れていないことに留意されたい。
また、図３に示すように、先端アーム２６の他端に補助関節２８が設けられており、補助関節２８にチャック機構３０が取り付けられている。補助関節２８は第３曲げ関節１０と図示しないギア機構により機械的に接続されている。第３曲げ関節１０により先端アーム２６を３６０度旋回すると、補助関節２８によりチャック機構３０を３６０度旋回させるように構成されている。尚、補助関節２８は、第３曲げ関節１０と独立して旋回する構成でも実施可能である。

チャック機構３０は、被加工物４の端を把持するもので、被加工物４がパイプである場合には、パイプの外周を把持、あるいは、パイプの内周を把持するものでもよい。チャック機構３０に把持された被加工物４は、第１〜第３曲げ関節６，８，１０の軸ＣＨ１〜３と平行な状態となるように取り付けられている。また、チャック機構３０は、被加工物４の端に限らず、被加工物４の中程を把持する構成のものでもよい。

曲げ機構４０は、図４に示すように、パイプ等の長尺状の被加工物４の曲げ半径に応じて形成された曲げ型４２を備え、曲げ型４２の外周には被加工物４の直径に応じた溝４４が形成されている。曲げ型４２は曲げアーム４６と共に回転可能に支承されており、曲げアーム４６は第１シリンダ４７により回転駆動されるように取り付けられている。曲げ型４２は、図４では１つの溝４４を有するものを示しているが、図１に示すように、曲げ型４２は、被加工物４の曲げ半径に応じた複数の溝４４が積層されたものでもよい。

曲げ型４２に対向して、曲げアーム４６上に締め型４８が移動可能に支承されており、締め型４８は第２シリンダ４９により駆動されて、被加工物４を曲げ型４２と締め型４８とにより挟持できるように構成されている。また、曲げ型４２に接近してワイパ型５０が配置されており、ワイパ型５０に対向して圧力型５２が摺動台５３上に移動可能に支持されている。圧力型５２は第３シリンダ５４により駆動されて、被加工物４に当てられ、曲げ加工時の反力を受けることができるように構成されている。摺動台５３は被加工物４の軸方向に摺動可能に支持されており、シリンダ５６により駆動されるように構成されている。

曲げ機構４０は、固定台５８上に取り付けられており、固定台５８に併設して芯金機構６０及び加圧機構６２が配置されている。芯金機構６０は、芯金６１をシリンダ６４により被加工物４としてのパイプ内に挿入するもので、加圧機構６２は、曲げ加工時に、シリンダ６６により加圧軸６８でもってチャック機構３０を介して被加工物４に軸方向加圧力を付与するものである。

関節型ロボット２、チャック機構３０、曲げ機構４０は、図５に示すように、制御手段としての制御回路７０に接続されており、曲げアーム４６の回転角度は、エンコーダを用いた回転検出センサ７２により検出され、制御回路７０に出力される。

次に、前述した曲げ加工装置の作動について、制御回路７０で行われる曲げ加工制御処理と共に、図６に示すフローチャートによって説明する。
まず、関節型ロボット２の第１〜第３曲げ関節６，８，１０及び第１、第２回転関節１２，１４を駆動して、チャック機構３０を被加工物４の端に移動した後、チャック機構３０を制御して、被加工物４の端をチャック機構３０により把持する（ステップ１００）。

そして、関節型ロボット２の第１〜第３曲げ関節６，８，１０及び第１、第２回転関節１２，１４を駆動して、被加工物４を曲げ機構４０に移動する（ステップ１１０）。その際、図４に示すように、被加工物４の曲げ加工位置が曲げ型４２の溝４４に挿入されるように移動する。

移動後、締め型４８、圧力型５２を駆動して、被加工物４に突き当て、曲げ型４２を中心にして曲げアーム４６を回転させて、締め型４８を曲げ型４２の廻りに公転させると共に、シリンダ５６を駆動して摺動台５３により圧力型５２を被加工物４の軸方向に移動して、曲げ加工を行なう（ステップ１２０）。

本実施形態では、ドローベンドが行われるので、被加工物４が曲げ型４２に巻き付けられるようにして曲げ加工が行われる。また、曲げ加工時、芯金機構６０により、被加工物４内に芯金６１を挿入して曲げ加工するようにしてもよい。また、加圧機構６２により、加圧軸６８を介して被加工物４に軸方向加圧力を付与するようにしてもよい。更に、曲げ加工時に、関節型ロボット２の第１〜第３曲げ関節６，８，１０及び第１、第２回転関節１２，１４を駆動して、チャック機構３０を被加工物４に追従させる（ステップ１３０）。その際、回転検出センサ７２により検出される曲げアーム４６の回転角度に応じて、関節型ロボット２の追従を制御する。

曲げ加工終了後、曲げアーム４６、締め型４８、圧力型５２を元の位置に戻し、次の曲げ加工を行なう場合には（ステップ１４０）、ステップ１１０〜１３０の処理を繰り返して、関節型ロボット２を制御して、チャック機構３０を移動し、被加工物４を次の曲げ加工位置に移動し、曲げ機構４０により被加工物４を曲げ加工する。曲げ加工終了後、チャック機構３０を制御して、被加工物４の把持を解放する（ステップ１５０）。尚、曲げ加工箇所が複数ある場合には、チャック機構３０と反対側の、被加工物４の先端側から曲げ加工を開始する。

このように、チャック機構３０に被加工物４を把持させて、関節型ロボット２が被加工物４を曲げ機構４０に移動し、被加工物４を曲げ加工するので、小型で、設置スペースを小さくできる。尚、本実施形態では、ステップ１１０〜１３０の処理の実行が曲げ制御手段として働く。
〔第２実施例〕
次に、図７ないし図１５を参照して、第２実施例の曲げ加工装置について説明する。

第７図に示すように、第２実施例の曲げ加工装置１００は、機台１１０と、曲げ機構１２０と、関節型ロボット１４０と、マンドレル装置１６０とを備える。曲げ機構１２０は、機台１１０の一端に取り付けられ、マンドレル装置１６０は、機台１１０の他端に取り付けられ、関節型ロボットは、機台１１０の中央部に取り付けられている。

曲げ機構１２０は、第１実施例において説明した曲げ機構４０と同じ構成であるので、詳細な説明は省略するが、図７において、１２２は曲げ型、１２４は締め型、１２６は圧力型を示している。

関節型ロボット１４０は、第１実施例において説明した関節型ロボット２と同じ構成であるので、詳細な説明は省略するが、図７において、１４２は第１アーム、１４４は第２アーム、１４６は第２アームの先端に設けられた回転関節、１４８は先端アーム、１５０はチャック機構を示す。

マンドレル装置１６０は、マンドレル１７０を保持するためのものであり、被加工物１８０を曲げ加工した後に、被加工物１８０からマンドレル１７０を引き離すために、マンドレル１７０を予め定める若干の距離だけ移動させるためのシリンダ１６２が設けられている。ドローベントにより被加工物１８０の曲げられた部分の直径は、曲げ前よりも若干小さくなるため、曲げ加工を行うと、マンドレル１７０が被加工物１８０の曲げられた部分に接触して動かなくなるが、この曲げられた部分からマンドレル１７０を引き離す必要がある。若干の距離だけマンドレル１７０を引き戻すために、シリンダ１６２としては、短いストロークのものを用いることができる。この点で、加工後に芯金６１を引き抜く必要がある第１実施例とは異なっている。第１実施例の図２に示すシリンダ６４は長いストロークのシリンダである。また、第２実施例では第１実施例のシリンダ６６は不要である。

曲げ加工装置１００から少し離れて、加工前の被加工部材１８０を載置しておくための載置台２００が設けられている。
チャック機構１５０は、図１０に示すように、断面の一部が切りかかれていて、マンドレル１７０を支持するロッド棒１７２が、この切欠き部分１５２を通ってチャック機構１５０の内部に入るように構成されている。また、図１１に示すように、チャック機構１５０は、被加工物であるパイプ１８０の中央部をチャックするための第１の固定部１５４とパイプ１８０の先端部１８２をチャックするための第２の固定部１５６とを備えている。第１の固定部１５４でパイプ２８０をチャックしたときには、パイプ１８０の長手方向とチャック機構１５０の長手方向とは互いに直交するが、第２の固定部１５６でパイプ１８０をチャックしたときには、それらは同じ方向となる。図７には、被加工物１８０がチャック機構１５０の第１固定部１５４でチャックされた状態が示されている。また、図８及び図９には、被加工物１８０がチャック機構１５０の第２固定部１５６でチャックされた状態が示されている。

図７に示す状態においては、被加工物１８０は載置台２００の上に置かれているが、図８及び図９に示す状態においては、被加工物１８０は関節型ロボット１４０の働きによって曲げ加工装置１００内に搬入され、被加工物１８０が曲げ機構１２０の曲げ型１２２と締め型１２４とのよってクランプされて、被加工物１８０に対する曲げ加工が可能な状態となっている。

図１２を参照して、本実施例の曲げ加工装置１００は、ホストコンピュータ３００及び制御装置４００によって、駆動制御されて被加工物１８０の搬入、曲げ加工及び搬出を行う。ホストコンピュータ３００は、ＣＰＵ３１０、ＲＯＭ３２０及びＲＡＭ３３０を、論理演算回路の主たる構成として備えている。ＣＰＵ３１０、ＲＯＭ３２０及びＲＡＭ３３０は、キーボード３４０及びＴＦＴ表示装置３５０との間の信号の入出力を行う入出力回路３６０に、コモンバス３７０を介して接続されている。

被加工物１８０に対して行われる搬入、曲げ加工及び搬出の処理に関するデータはオペレータにより操作されるキーボード３４０からホストコンピュータ３００に入力される。ホストコンピュータ３００では、関節型ロボット１４０、曲げ機構１２０、チャック機構１５０及びマンドレル装置１６０を作動させるためのプログラムが作成され、作成されたプログラムがホストコンピュータ３００から制御装置４００に送信される。

制御装置４００は、ＣＰＵ４１０、ＲＯＭ４２０及びＲＡＭ４３０を論理演算回路の主たる構成として備えている。ＣＰＵ４１０、ＲＯＭ４２０及びＲＡＭ４３０は、コモンバス４５０を介して入出力回路４４０に接続され、この入出力回路４４０には、関節型ロボット１４０、曲げ機構１２０、チャック機構１５０、マンドレル装置１６０及び曲げ機構１２０の曲げ角度を検出するための回転検出センサ１２８が接続されている。

図１３は、図７に示す状態から図８及び図９に示す状態に至るまでの被加工物の搬入動作を説明するためのフローチャートである。次に、被加工物１８０を搬入するための動作について詳細に説明する。

図７に示すように、関節型ロボット１４０を作動させて、チャック機構１５０を、載置台２００上の搬入すべき被加工物１８０が置かれている位置に移動させる（ステップ２１０）。

次に、チャック機構１５０の第１固定部１５４で被加工物１８０の中央部を挟持する（ステップ２２０）。
次に、関節型ロボット１４０を作動させて、被加工物１８０を曲げ加工装置１００内に搬入するが、このとき、図１４に示すように、被加工物１８０の先端部が曲げ機構１２０の曲げ型１２２と締め型１２４との間に位置すると共に、被加工物１８０の先端部にマンドレル１７０が挿入されるように被加工物１８０を移動させる（ステップ２３０）。被加工物１８０の先端がマンドレル１７０を超える位置まで移動させるとよい。尚、マンドレル１７０は、図１４に示すように、曲げ型１２２と締め型１２４との間にかかる位置に、マンドレル装置１６０により予め保持されている。

次に、締め型１２４を作動させて、被加工物１８０を締め型１２４と曲げ型１２２とで挟持する（ステップ２４０）。
次に、チャック機構１５０のチャックを解除する（ステップ２５０）。

次に、関節型ロボット１４０を作動させてチャック機構１５０を被加工物１８０の先端位置に移動させる(ステップ２６０)。このとき、チャック機構１５０の第２固定部１５６で被加工物１８０が固定されるようにチャック機構１５０の姿勢を変える。なお、図１０に示すように、チャック機構１５０には切欠き１５２が設けられているので、切欠き部１５２からロッド棒１７２をチャック機構１５０の内部に入れることができる。

次に、チャック機構１５０により、被加工物１８０の先端部をチャックする（ステップ２７０）。
次に、締め型１２４と曲げ型１２２による被加工物１８０の締め付けを解除し、被加工物１８０を曲げ加工を行うべき予め定める位置に移動させる（ステップ２８０）。この移動に当って必要があれば、第２アーム１４４の後部を角度１８０°ひねって回転関節１４６以降の構成要素である先端アーム１４８及びチャック機構１５０の姿勢を変えることができる。

このようにして、曲げ加工装置１００は、図８及び図９に示す状態となり、その後曲げ加工が行われる。尚、曲げ加工の作動については、第１実施例と同様であるので説明を省略するが、関節型ロボット１４０の追従機能について若干説明する。

被加工物１８０に曲げ加工を行うとき、被加工物１８０は曲げに伴って引っ張られるが、このときの曲げ機構１２０側の引っ張り力よりも小さい力でチャック機構１５０が追従するように関節型ロボット１４０を作動させるように制御する。このように制御することにより高精度な曲げ加工を行うことができる。

以上本発明はこの様な実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。

Claims (4)

1. 曲げ加工装置であって、
   機台と、
   前記機台に取付けられた曲げ機構であって、曲げ型と、該曲げ型の周りを公転可能な締め型とを有し、前記曲げ型と前記締め型とにより長尺状の被加工物を挟持し、前記締め型を公転させ、前記被加工物を曲げ加工する曲げ機構と、
   前記機台に取付けられた関節型ロボットと、
   前記関節型ロボットに取り付けられ、前記被加工物を把持するチャック機構と、
   を備え、
   前記チャック機構が、前記被加工物を収納場所から曲げ加工の場所へ搬送するときに、前記被加工物の中央部分を把持するための第１の固定部と、前記被加工物の曲げ加工をするために前記被加工物の先端部分を把持する第２の固定部と、を有する、曲げ加工装置。
2. 前記関節型ロボットは、曲げ動作を行う曲げ関節と、旋回動作を行う回転関節とをそれぞれ複数有することを特徴とする請求項１に記載の曲げ加工装置。
3. 前記関節型ロボット、前記曲げ機構及び前記チャック機構を制御する制御手段を備え、前記制御手段は、前記関節型ロボットにより前記チャック機構を移動して、複数箇所で曲げ加工する曲げ制御手段を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の曲げ加工装置。
4. 前記制御手段は、前記関節型ロボット、前記曲げ機構及び前記チャック機構を制御して、
   前記被加工物の搬入開始位置において、前記チャック機構の前記第１の固定部により前記被加工物を把持させ、前記曲げ型と前記締め型とにより前記被加工物が挟持可能となる位置まで前記被加工物が移動するよう、前記チャック機構を移動させ、その後、前記曲げ型と前記締め型とにより前記被加工物を挟持させると共に、前記チャック機構の前記第１の固定部による前記被加工物の把持を解除させ、前記被加工物を曲げ加工するために前記被加工物を把持する位置まで前記チャック機構を移動させて、前記チャック機構の第２の固定部により前記被加工物を把持させ、次に、前記曲げ型と前記締め型による前記被加工物の締め付けを解除し、前記被加工物を、曲げ加工を行うべき予め定める位置に移動させる、ことを特徴とする請求項３記載の曲げ加工装置。

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