JP6088190B2

JP6088190B2 - 加工システム、及びその加工方法

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Publication number: JP6088190B2
Application number: JP2012222470A
Authority: JP
Inventors: 康彦橋本; 賢二坂東
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2012-10-04
Filing date: 2012-10-04
Publication date: 2017-03-01
Anticipated expiration: 2032-10-04
Also published as: JP2014075050A

Description

本発明は、ワークを加工する加工システム、及びその加工方法に関する。

製造工場には、互いに異なる加工作業を施すことができる複数の加工装置が設けられており、ワークをこれらの加工装置に順番に流して加工させることで製品が出来上がるようになっている。加工装置の一例として、例えば特許文献１に記載されているバリ取り装置が知られている。特許文献１のバリ取り装置は、ロボットの先端部にバリ取りツールと三次元形状計測装置とが取り付けられている。バリ取り装置は、三次元形状計測装置でバリ位置及び形状を算出し、算出結果に基づいてバリ取りを実行するようになっている。また製造工場には、ワークを搬送するためのロボットが設けられており、このロボットによって加工装置間におけるワークの受け渡しが行われている。

特開平８−１４１８８１号公報

ところで、ロボットは、ワークの受け渡しをする双方の加工装置での加工が終了していなければワークを搬送することができず、加工終了まで待機しておく必要がある。しかし、製造工場における各加工装置の加工時間は夫々異なっており、特許文献１のバリ取り装置では、１つの装置でバリ位置及び形状を把握し且つバリ取りを行うため、バリ取り装置に費やす加工時間が非常に長い。それ故、ロボットの待機時間が長くなり、またロボットが有効に利用することができていない。

そこで本発明は、ロボットを有効に活用することができる加工システムを提供することを目的としている。

本発明の加工システムは、ワークの形態を計測するための計測用ロボットを含み、前記計測用ロボットを動かして前記ワークの形態を計測するワーク計測装置と、前記計測用ロボットの動作を制御して前記ワーク計測装置に前記ワークの形態を計測させる計測制御装置と、前記ワークを加工するための加工装置と、加工プログラムに従って前記加工装置の動作を制御して前記加工装置に前記ワークを加工させる加工制御装置と、を備え、前記計測制御装置は、前記ワーク計測装置の計測結果に基づいて前記ワークの形態に関するワーク形態情報を作成し、前記加工制御装置は、前記計測制御装置が作成する前記ワーク形態情報に基づいて前記加工プログラムを修正するように構成されているものである。

本発明に従えば、加工装置が機械加工している間に計測用ロボットを用いて次に加工するワーク形態を計測することができる。従って、待機中の計測用ロボットを有効に利用して計測と機械加工とを並行して行うことができるので、成形ワークの歩留まりを向上させることができる。

また、本発明では、ワーク毎に形態が異なっていても個体差に応じて加工プログラムを修正することができ、例えば、個体毎に最適な加工方法を実行するように加工プログラムを修正させることができる。これにより、加工精度の向上及び加工時間の低減を実現することができ、また形態の個体差に伴って生じる加工装置の故障等を防ぐことができる。更に、加工プログラムが自動修正されるので、手動で加工プログラムを修正する作業をなくすことができる。

上記発明において、前記加工制御装置は、前記ワークの基準形態に関する情報と前記ワーク形態情報とに基づいて前記ワークの形態誤差を検出し、前記ワークの形態誤差に応じて前記加工プログラムを修正するように構成されてもよい。

上記構成に従えば、ワークの形態誤差による加工装置の故障等の問題が生じることを防ぐことができる。また、例えば、形態誤差に応じた最適な加工方法を実行するように加工プログラムを修正することができる。これにより、加工精度の向上及び加工時間の低減を実現することも可能である。

上記発明において、前記計測制御装置は、前記ワークの基準形態に関する情報と前記ワーク計測装置の計測結果に基づく前記ワークの実形態とに基づいて検出される前記ワークの形態誤差を含む前記ワーク形態情報を作成するように構成されてもよい。

上記発明において、前記ワーク計測装置は、前記計測用ロボットと別体で設けられ且つ前記ワークの形態を計測する計測器を含み、前記計測制御装置は、前記計測用ロボットの動作を制御して前記計測器に対する前記ワークの姿勢を変えさせ、異なる姿勢の前記ワークの形態を前記計測器に夫々計測させるように構成されてもよい。

上記構成に従えば、計測器に対するワークの姿勢を変えることによって、計測器にワークのあらゆる面の形態を計測させることができる。

上記発明において、前記ワーク計測装置は、前記計測用ロボットに取付けられ且つ前記ワークの形態を計測する計測器を含み、前記計測制御装置は、前記計測用ロボットの動作を制御して前記計測器の位置を変えさせ、各位置で前記計測器に前記ワークの形態を計測させるように構成されてもよい。

上記構成に従えば、ワークに対する計測器の位置を変えることによって、計測器にワークのあらゆる面の形態を計測させることができる。また、ワークを動かす必要がないので、重量ワークであってもその形態を計測することができる。

上記発明において、前記ワーク形態情報は、前記ワークの外表面において予め定められた領域の形態に関する情報であり、前記計測制御装置は、前記計測用ロボットの動作を制御して前記ワーク計測装置に前記予め定められた領域の形態を計測させ、前記ワーク計測装置の計測結果に基づいて前記ワーク形態情報を作成するように構成されてもよい。

上記構成に従えば、計測領域を絞ることによって計測時間を短くすることができる。例えば、ワークが鋳物等である場合では、パーティングラインに発生するバリを切削加工するのであるが、バリはワークの個体毎に形状が異なるが略同じ位置に形成される。それ故、所定の領域だけを計測することによって、計測時間を短縮することができる。

本発明の加工システムの加工方法は、ワークの形態を計測するための計測用ロボットを含み前記計測用ロボットを動かして前記ワークの形態を計測するワーク計測装置と、加工プログラムに従って動作が制御されて前記ワークを加工する加工装置と、を備える加工システムの加工方法であって、前記計測用ロボットを動かして前記ワークの形態を計測するワーク計測工程と、前記ワーク計測工程における計測結果に基づいて前記ワークの形態に関するワーク形態情報を作成するワーク形態情報作成工程と、前記ワーク形態情報作成工程で作成される前記ワーク形態情報に基づいて前記加工プログラムを修正するプログラム修正工程と、前記プログラム修正工程において修正された加工プログラムに従って前記加工装置を動かして前記加工装置に前記ワークを加工させる加工工程とを含む加工方法である。

上記構成に従えば、加工装置が機械加工している間に計測用ロボットを用いて次に加工するワーク形態を計測することができる。従って、待機中の計測用ロボットを有効に利用して計測と機械加工とを並行して行うことができるので、成形ワークの歩留まりを向上させることができる。

上記発明において、前記プログラム修正工程では、前記ワークの基準形態に関する情報と前記ワーク形態情報に基づいて前記ワークの形態誤差を検出し、前記ワークの形態誤差に応じて前記加工プログラムを修正してもよい。

上記発明において、前記ワーク計測装置は、前記計測用ロボットと別体で設けられ且つ前記ワークの形態を計測する計測器を含み、前記ワーク計測工程では、前記計測用ロボットを動かして計測器に対する前記ワークの姿勢を変えさせ、各姿勢の前記ワークの形態を前記計測器が夫々計測してもよい。

上記発明において、前記ワーク計測装置は、前記計測用ロボットに取付けられ、且つ前記ワークの形態を計測する計測器を含み、前記ワーク計測工程では、前記計測用ロボットを動かして前記計測器の位置を変え、前記計測器が各位置で前記ワークの形態を計測してもよい。

本発明によれば、ロボットを有効に活用することができる。

本発明の第１及び第３実施形態に係る加工システムの構成の概略を示すブロック図である。図１の加工システムに備わるワーク計測装置の構成を示す正面図である。図１の加工システムが実行する加工方法の手順を示すフローチャートである。本発明の第２実施形態に係る加工システムの構成の概略を示すブロック図である。図４の加工システムに備わるワーク計測装置の構成を示す正面図である。図４の加工システムが実行する加工方法の手順を示すフローチャートである。本発明の第３実施形態に係る加工システムの構成の概略を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いる方向の概念は、説明する上で便宜上使用するものであって、発明の構成の向き等をその方向に限定するものではない。また、以下に説明する各実施形態は、本発明の一実施形態に過ぎない。従って、本発明は各実施形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除、変更が可能である。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各実施形態の加工システムの構成及びそれらの加工方法の手順を入れ替えることも可能である。

＜第１実施形態＞
図１を参照すると、第１実施形態の加工システム１は、ワーク２（図２参照）を加工する（例えば、ワーク２のバリを取ったり、前記ワーク２に孔や溝を掘ったりする）ためのシステムであり、例えば鋳造によって成形されたワーク２を加工するためのシステムである。加工システム１は、複数の加工装置及びロボットを備えており、各加工装置では互いに異なる加工処理が行われる。ロボットは、加工装置毎に対応付けて夫々設けられており、ワークを対応する加工装置から別の加工装置へと搬送するように構成されている。加工装置でのワークの加工が終了するとロボットがそのワークを対応する加工装置へと搬送し、各加工装置での加工が所定の順番で行われる。加工システム１は、加工装置の１つとして図１に示すようなＮＣ工作機械３が含んでおり、ロボット１１がＮＣ工作機械３にワーク２を搬送するように構成されている。また、ロボット１１は、後述する計測機器１２及び計測制御装置１３と共に計測機械４を構成している。

［計測機械］
計測機械４は、ＮＣ工作機械３と共に加工システム１を構成しており、ワーク計測装置１４と計測制御装置１３とを備えている。計測機械４は、計測制御装置１３によってワーク計測装置１４の動きを制御してワーク２の外表面の三次元形状を計測するようになっている。以下では、計測機械４に備わるワーク計測装置１４及び計測制御装置１３の構成について詳細に説明する。

［ワーク計測装置］
ワーク計測装置１４は、図２に示すように計測機器１２とロボット１１とを備えており、計測機器１２は、架台１５と三次元計測器１６とを有している。架台１５は、床や台枠等に固定されている立設部１５ａを有している。立設部１５ａは、上下方向に延在しており、その上端部に水平部１５ｂが設けられている。水平部１５ｂは、立設部１５ａから水平方向に延在しており、その先端部付近に三次元計測器１６が設けられている。

三次元計測器１６は、ワーク２の外表面の三次元形状を計測する計測器であって、本実施形態では３Ｄレーザセンサが採用されている。３Ｄレーザセンサは、スリット光を送光口から出して受光センサで受光するようになっている。このように構成されている三次元計測器１６は、計測制御装置１３に接続されており、受光センサの受光量に応じた信号、即ち計測結果を計測制御装置１３に出力するようになっている。

このように構成されている三次元計測器１６は、前述の通り架台１５に固定されているので、予め定められた領域を予め定められた方向からしかスリット光を照射することができない。それ故、所定の領域の三次元形状しか計測することができない。そこで、ワーク２の各表面の三次元形状を計測するために、三次元計測器１６に対するワーク２の姿勢を変えることができるロボット１１が計測機器１２に隣接するように設けられている。

ロボット１１は、垂直多関節ロボットであり、本実施形態では、垂直６軸ロボットである。ロボット１１は、基台２０と５つのアーム２１〜２５と手首先端部２６を備えている。基台２０は、床や台枠等に固定されており、基台２０の上には第１アーム２１が設けられている。第１アーム２１は、基台２０に対して垂直軸であるＲ軸を中心に回動可能に構成されている。第１アーム２１の上部には、第２アーム２２が設けられており、第２アーム２２は第１アーム２１に対して水平軸であるＬ軸を中心に前後方向に揺動可能に構成されている。第２アーム２２の上部には、第３アーム２３が設けられており、第３アーム２３は第２アーム２２に対してＵ軸を中心に回動可能に構成されている。ここでＵ軸は、Ｌ軸に平行で且つＬ軸とは異なる水平軸である。

また、第３アーム２３の先端部には、第４アーム２４が設けられており、第４アーム２４は第３アーム２３に対してＳ軸を中心に回動するように構成されている。ここでＳ軸は、Ｕ軸に直交し且つ第３アーム２３の軸に一致する軸である。第４アーム２４の先端部には、第５アーム２５が設けられており、第５アーム２５は第４アーム２４に対してＢ軸を中心に回動するように構成されている。ここでＢ軸は、Ｌ軸に平行で且つＬ軸及びＵ軸と異なる水平軸である。更に第５アーム２５の先端部には、大略円柱状の手首先端部２６が設けられている。

手首先端部２６は、手首先端部２６の軸線であるＴ軸がＢ軸と直交するように第５アーム２５に取り付けられており、第５アーム２５に対してＴ軸を中心に回動可能に構成されている。このように回動する手首先端部２６の先端部には、保持具２７が取り付けられており、保持具２７は、ワーク３を保持できるように構成されている。本実施形態では、保持具２７が電磁ソレノイドによって構成されており、そこに電流（信号）を与えることによって励磁してワーク２を電磁吸着して保持するようになっている。なお、保持具２７は、ワーク２全体又は一部分を把持可能なハンドによって構成されてもよい。

このように構成されるロボット１１は、第１乃至第６駆動モータ３１〜３６を備えている。これら６つの駆動モータ３１〜３６は、例えばサーボモータであって、アーム２１〜２５及び手首先端部２６に夫々対応させて設けられており、アーム２１〜２５及び手首先端部２６を対応する軸まわりに夫々回動又は揺動させるように構成されている。これら駆動モータ３１〜３６は、計測制御装置１３に接続されており、それらの動きが計測制御装置１３によって制御されている。

［計測制御装置］
計測制御装置１３は、記憶部４１と、計測制御部４２と、ワーク形態情報作成部４３と、データ変換部４４、出力部４５とを有している。記憶部４１には、様々なプログラムや情報が記憶され、更に計測制御部４２が接続されている。本実施形態では、ワーク２の三次元形状を計測する際の動作プログラムである計測プログラムが記憶部４１に記憶されており、計測制御部４２は、この計測プログラムに応じて三次元計測器１６及びロボット１１の動作を制御する機能を有している。即ち、計測制御部４２は、三次元計測器１６の動作を制御してスリット光を出力させ、三次元計測器１６からの計測結果を受信するようになっている。

また、計測制御部４２は、三次元計測器１６の動作の制御に並行して、駆動モータ３１〜３６に備わるエンコーダからフィードバックされる情報と計測プログラムとに基づいて駆動モータ３１〜３６の動作を制御（フィードバック制御）するようになっている。これにより、駆動モータ３１〜３６を駆動して保持具２７の位置及び姿勢を変え、三次元計測器１６によって様々な方向からワーク２の外表面を計測できるようになっている。

このように構成される計測制御部４２は、前述の通り計測プログラムに応じてロボット１１の動作を制御するようになっており、計測プログラムは、ロボット１１を動かしてワーク２の外表面において所定領域（本実施形態では、外表面の全領域）の計測結果が得られるように設定されている。即ち、計測制御部４２は、ワーク２の外表面における所定領域の計測結果が得られるまで、計測プログラムに応じてロボット１１の動作を制御し且つ三次元計測器１６からスリット光を出力させ続けるようになっている。また、計測制御部４２は、三次元計測器１６から受信した計測結果を記憶部４１に記憶させるようになっており、記憶部４１にはワーク形態情報作成部４３が更に接続されている。

ワーク形態情報作成部４３は、三次元計測器１６から出力される計測結果及びワーク２の姿勢（より詳細にはロボット１１の手首先端部２６の位置及び姿勢）に基づいて、計測された領域におけるワーク２の外表面の形態に関するワーク形態情報を作成する機能を有している。ワーク形態情報には、ワーク２の外表面の三次元形状に関する三次元データと、ワーク２の加工センター位置（即ち、ワーク２を位置決めするための基準位置）が含まれている。三次元データは、三次元計測器１６から出力される計測結果及びワーク２の姿勢に基づいて所定のアプリケーションによって作成される。本実施形態では、三次元ＣＡＤ等の製図用アプリケーションによって三次元データが作成される。加工センター位置は、作成された三次元データに基づいて算出される。ワーク形態情報作成部４３は、作成したワーク形態情報を記憶部４１に出力してそこに記憶させており、記憶部４１には、データ変換部４４が更に接続されている。

データ変換部４４は、ＣＡＭデータに変換する機能を有しており、記憶部４１に記憶される三次元データをＮＣプログラムの修正等に使用できるようにデータ形式をＣＡＭに変換している。また、データ変換部４４は、出力部４５に接続されており、変換されたＣＡＭデータ（以下、「実測ＣＡＭデータ」ともいう）をＮＣ工作機械３に出力するように構成されている。

［ＮＣ工作機械］
ＮＣ工作機械３は、加工装置１７と加工制御装置１８とを備えており、加工制御装置１８が加工装置１７の動きを制御することによってワーク２に機械加工を施すように構成されている。本実施形態では、ＮＣ工作機械３は、マシニングセンタであり、その中に載置または収容されているワーク２に機械加工を施すように構成されている。以下では、ＮＣ工作機械３に備わる加工装置１７及び加工制御装置１８の構成について詳細に説明する。

［加工装置］
加工装置１７は、マシニング本体に相当し、ロボット１１によって搬送されてくるワーク２を載置または収容可能に構成されている。また、加工装置１７は、複数の工具を有しており、複数の工具を夫々交換しながらワーク２を切削、研削、及び研磨等の機械加工を施すように構成されている。加工装置１７は、加工制御装置１８に接続され、その動作が加工制御装置１８によって制御されている。

［加工制御装置］
加工制御装置１８は、入力部５１と、記憶部５２と、加工制御部５３と、プログラム修正部５４とを有している。入力部５１は、計測制御装置１３の出力部４５と接続されており、出力部４５から出力される実測ＣＡＭデータを受け取るように構成されている。また、入力部５１は、記憶部５２に接続されており、記憶部５２は、受け取った実測ＣＡＭデータを記憶するように構成されている。また、記憶部５２は、実測ＣＡＭデータの他に、基準ＣＡＭデータ、及びＮＣプログラムが記憶されている。ここで、基準ＣＡＭデータは、ワーク２を成形した後の成形ワークの三次元形状（以下、単に「基準形状」ともいう）のＣＡＭデータである。また、ＮＣプログラムは、加工装置１７を動かすためのプログラムである。これらが記憶されている記憶部５２は、更に加工制御部５３及びプログラム修正部５４に接続されている。

加工制御部５３は、記憶部５２に記憶されているＮＣプログラムに応じて加工装置１７の動作を制御して前記加工装置１７にワーク２を加工させる機能を有している。さらに詳細に説明すると、ＮＣプログラムには、使用する工具の順番、加工位置、各工具の加工開始位置等が設定されており、加工制御部５３は、ＮＣプログラムにて設定されている情報に基づいて加工装置１７の動きを制御して加工装置１７に機械加工をさせ、成形ワークを作成させるように構成されている。

また、プログラム修正部５４は、実測ＣＡＭデータ及び基準ＣＡＭデータに基づいてＮＣプログラムを修正して修正プログラムを作成する機能を有しており、前記２つのＣＡＭデータに基づいてＮＣプログラムに設定されている使用工具の順番及び種類、加工位置並びに加工開始位置を変更するように構成されている。更に詳細に説明すると、プログラム修正部５４は、まず実測ＣＡＭデータと基準ＣＡＭデータとを比較して、計測された次のワーク２の形状（以下、単に「実測形状」ともいう）と基準形状との形状誤差を検出する。次に、プログラム修正部５４は、基準形状の成形ワークが作成されるように前記形状誤差に基づいてＮＣプログラムを修正する。即ち、プログラム修正部５４は、ＮＣプログラムに設定されている工具の種類、使用工具の順番、加工位置、及び加工開始位置等を前記形状誤差に応じて変更する。このようにして修正されて作成された修正プログラムは、記憶部５２に記憶され、加工制御部５３は、この修正プログラムに基づいて加工装置１７の動作を制御し、次のワーク２を機械加工して成形ワークを作成する。

［加工システムの加工方法］
以下では、鋳造されたワーク２のバリを加工装置１７で切削する方法について、図３のフローチャートを参照しながら説明する。鋳造されたワーク２は、様々な工程を経た後、ロボット１１に保持され、ロボット１１によって計測機器１２まで搬送される。計測機器１２まで搬送されると、図３に示すバリ取り処理が始まって計測工程（ステップＳ１）が遂行される。

ワーク計測工程では、計測制御装置１３がロボット１１及び三次元計測器１６の動作を制御してワーク２の外表面の三次元形状を計測する。詳細に説明すると、計測制御装置１３は、まず三次元計測器１６からスリット光を出力させてワーク２の外表面に照射させる。照射したスリット光は、ワーク２の外表面で反射して三次元計測器１６の受光センサで受光され、三次元計測器１６から計測制御部４２を介してワーク形態情報作成部４３に受光量に応じた信号が計測結果として送られる。これによって、照射された領域の三次元形状が計測される。

同時に、計測制御装置１３は、駆動モータ３１〜３６を動かしてワーク２の姿勢を変え、ワーク２に対するスリット光の照射領域及び照射角度を変える。そうすることで、ワーク２の外周面の様々な領域にスリット光が照射され、その領域の三次元形状が計測される。そして、ワーク２の外周面の全領域にスリット光が照射されて全領域の三次元形状が計測されると計測工程が終了し、ワーク形態情報作成工程（ステップＳ２）が遂行される。

なお、ワーク計測工程では、三次元計測器１６による計測とロボット１１によるワーク２の姿勢変更を必ずしも同時に行う必要はなく、計測動作と姿勢変更動作とを交互に行ってもよい。また、計測領域もワーク２の外周面の全てである必要はない。例えば、ワークが鋳物等の場合、バリはパーティングラインに発生し、このパーティグラインは個体に依存せずワーク２において略同じ個所に位置する。それ故、バリが形成される領域を予め推定することができ、その領域だけを計測するようにしてもよい。これにより、計測時間を短くすることができる。

ワーク形態情報作成工程では、ワーク形態情報作成部４３が計測結果及びワーク２の姿勢に基づいてワーク２の外表面の三次元データを作成する。具体的に説明すると、ワーク形態情報作成工程では、断続的に送られてくる計測結果に対して各々の計測時におけるワーク２の姿勢を算出し、計測時における姿勢と計測結果とが関連付けられる。なお、ワーク２の姿勢は、各駆動モータ３１〜３６のエンコーダで検出される各変位量に基づいてワーク形態情報作成部４３で算出される。そして、ワーク形態情報作成部４３は、互いに関連付けられているワーク２の姿勢と計測結果とに基づいて、ワーク２の外表面の全領域における三次元データを作成して記憶部４１に記憶する。更にワーク形態情報作成部４３は、全領域の三次元データに基づいてワーク２の加工センター位置を算出し、加工センター位置を記憶部４１に記憶させる。このようにしてワーク形態情報が記憶部４１に記憶されるとワーク形態情報作成工程が終了し、ＣＡＭ変換工程（ステップＳ３）が遂行される。

ＣＡＭ変換工程では、ワーク形態情報作成工程で記憶部４１に記憶されたワーク形態情報をデータ変換部４４がＣＡＭデータに変換する。ＣＡＭデータに変換されるとＣＡＭ変換工程が終了し、送信工程（ステップＳ４）が遂行される。送信工程では、出力部４５がＣＡＭ変換工程で変換されたＣＡＭデータを実測ＣＡＭデータとして加工制御装置１８の入力部５１に出力する。出力された実測ＣＡＭデータは、入力部５１を介して記憶部５２に送られて記憶部５２に記憶される。記憶部５２に記憶されると送信工程が終了し、ワーク搬送工程（ステップＳ５）が遂行される。

ワーク搬送工程では、計測制御装置１３がロボット１１によってワーク２を加工装置１７へと搬送させ、算出された加工センター位置を参照しながらワーク２を加工装置１７の所定位置に位置決めする。ワーク２が所定位置に位置決めされるとワーク搬送工程が終了し、プログラム修正工程（ステップＳ６）が遂行される。なお、このワーク搬送工程は、前述するＣＡＭ変換工程及び送信工程と並行して行われてもよく、以下で説明するプログラム修正工程と平行に行われてもよい。

プログラム修正工程では、記憶部５２に記憶されている実測ＣＡＭデータと基準ＣＡＭデータとに基づいてワーク形態情報作成部４３がＮＣプログラムを修正する。詳細に説明すると、ワーク形態情報作成部４３は、実測ＣＡＭデータと基準ＣＡＭデータとを比較して、計測された次のワーク２の形状（以下、単に「実測形状」ともいう）と基準形状との形状誤差を検出する。具体的には、ワーク形態情報作成部４３は、バリの位置及びバリの形状（高さや幅）を形状誤差として検出する。検出した後、ワーク形態情報作成部４３は、形状誤差に応じて使用する工具、工具の順番、加工位置、及び加工開始位置等を変更すべくＮＣプログラムを修正する。これにより修正プログラムが作成されてプログラム修正工程が終了し、加工工程（ステップＳ７）が遂行される。

加工工程では、加工制御部５３が修正プログラムに基づいて加工装置１７の動作を制御する。これにより、加工装置１７によって、形成されているバリの位置及び形状に応じた機械加工がワーク２に施すことができ、より短い時間でバリ取りを行って成形ワークを作成することができる。加工装置１７での加工が終了すると、ロボット１１によって成形ワークが次の装置に搬送されてバリ取り処理が終了する。

このように構成される加工システム１によれば、加工装置１７が機械加工している間にロボット１１を用いて次に加工するワーク２の三次元形状を計測することができる。このように待機中のロボット１１を有効に利用して計測と機械加工とを並行して行うことができ、成形ワークの歩留まりを向上させることができる。

また、加工システム１によれば、ＮＣプログラムが各ワーク２に形成されるバリの形状に応じて自動的に修正されるので、作業員が成形ワークを確認しながら手動でＮＣプログラムを修正するという作業を省くことができる。また、各ワーク２に形成されるバリの形状に応じてＮＣプログラムを修正するので、バリの形状がワーク２毎に異なっていてもその形状に応じて最適な加工方法（使用する工具、工具の使用する順番、加工位置、加工開始位置等）で機械加工を実行させることができる。これにより、ワーク２に対して精度の高い加工を行うことができ、また最も大きいバリの形状を想定して加工方法が決められている従来のＮＣプログラムよりもバリ取り時間を短くすることができる。更に、最適な加工方法で機械加工を行うことで、バリの形状及び規模に対して不適合な工具が使用されて工具に重負荷がかかって工具が破損することを抑制することができる。

また、加工システム１によれば、ＮＣプログラムが自動修正されるので、手動でＮＣプログラムを修正する必要がなくなる。これにより、作業員によるプログラム修正作業をなくすことができる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態の加工システム１Ａは、第１実施形態の加工システム１の構成が以下のように部分的に変更されている。以下では、第２実施形態の加工システム１Ａの構成について第１実施形態の加工システム１と異なる点について主に説明し、同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。なお、以下で説明する第３実施形態についても同様である。

図４に示すように、加工システム１Ａは、ＮＣ工作機械３と計測機械４Ａとを備え、計測機械４Ａは、ワーク計測装置１４Ａと計測制御装置１３Ａとを備えている。図５に示すように、ワーク計測装置１４Ａのロボット１１Ａは、加工装置１７にワーク２を搬送するロボット１１と異なるロボットであり、ロボット１１と異なる作業を行い待機中にワーク２の三次元形状を計測するロボットである。ロボット１１Ａは、ロボット１１と略同じ構成を有しており、その手首先端部２６にタッチセンサ１６Ａが取付けられている。タッチセンサ１６Ａは、センサ本体１６ａとプローブ１６ｂとを有している。センサ本体１６ａは手首先端部２６に取付けられており、センサ本体１６ａの先端部には、棒状のプローブ１６ｂが取り付けられている。センサ本体１６ａは、計測制御装置１３Ａと無線通信できるように構成されており、プローブ１６ｂの先端部がワーク２等の物体の外表面に当たると計測制御装置１３Ａにタッチ信号を送信する。

図４に示すように、計測制御装置１３Ａは、記憶部４１と、計測制御部４２Ａと、ワーク形態情報作成部４３Ａと、データ変換部４４、出力部４５とを有している。計測制御部４２Ａは、センサ本体１６ａからのタッチ信号を受信し、ワーク２の外表面とプローブ１６ｂとの当接点の三次元座標、即ちワーク２の外表面上の一点の三次元座標が計測を計測する機能を有している。詳細に説明すると、計測制御部４２Ａは、タッチ信号を受信すると、その時点でのプローブ１６ｂの先端部の三次元座標（即ち、当接点の三次元座標）を各駆動モータ３１〜３６のエンコーダの検出結果に基づいて算出する。なお、計測制御部４２Ａは、プローブ１６ｂの先端部の三次元座標に関して絶対値補正を予め行うことで、三次元座標の計測精度を向上させている。事前に行われる絶対値補正に関しては、後述する。

計測制御装置１３Ａは、計測プログラムに基づいてロボット１１Ａの動作を制御して前記プローブ１６ｂを動かし、ワーク２の外表面の全領域上に夫々配置される計測点の三次元座標を計測する。計測点は、例えば、ワーク２の外表面上において所定間隔おきに設定され、計測された各計測点の三次元座標は記憶部４１に記憶される。ワーク形態情報作成部４３Ａは、各計測点の三次元座標に基づいてワーク２の外表面の三次元形状に関する三次元データを作成し、それを記憶部４１に記憶させる。記憶された三次元データは、データ変換部４４にてＣＡＭデータに変換されて出力部４５からＮＣ工作機械３の加工制御装置１８に出力される。

このように構成される計測機械４Ａでは、計測制御装置１３Ａがロボット１１Ａの動作を制御してプローブ１６ｂの先端部を動かしたとき、エンコーダの値に基づいて算出されるプローブ１６ｂの先端部の計算上及び制御上の位置と実際の位置との間に位置決めに関して若干のズレが生じる。このズレは、ロボット１１の機差及び位置決め誤差に基づくものであり、このズレによりワーク２の形状を正確に把握することができなくなっている。そこで、計測制御部４２Ａは、ワーク２の外表面の各計測点の三次元座標を取得する前に、実際の三次元座標に対する算出された三次元座標のズレ量を算出し、このズレ量に基づいて計測点の三次元座標に絶対値補正を施すようになっている。以下では、この絶対値補正の方法について詳細に説明する。

計測機械４Ａでは、まずロボット１１Ａの動作を制御してプローブ１６ｂの先端部を予め定められている代表点に移動させ、プローブ１６ｂの実際の三次元座標を図示しないレーザセンサ等の位置センサによって計測する。次に、計測制御部４２Ａは、代表点の三次元座標と計測された三次元座標とを比較して２つの三次元座標のズレ量（三次元ベクトル）を算出する。この作業を複数の代表点にて行い、各代表点のズレ量を算出し、各代表点に対応付けてズレ量を記憶部４１に記憶させる。また、計測制御部４２Ａは、これら代表点以外における計測点のズレ量を計測点周辺の代表点のズレ量から補間し、補間されたズレ量によってエンコーダ値に基づいて算出される三次元座標を補正するようになっている。このようにして各計測点の三次元座標を補正することによって、タッチセンサ１６Ａで各計測点の三次元座標を高い精度で計測することができ、高い精度の三次元データを作成することができる。

以下では、加工システム１Ａおいて、鋳造されたワーク２のバリ取りを加工装置１７で切削する場合について、第１実施形態の加工システム１における加工方法を参照しながら説明する。まず、加工システム１Ａでは、バリ取り処理を行う前に絶対値補正を行うために事前作業を行う。即ち、計測制御装置１３Ａがプローブ１６ｂの先端を代表点に移動させてその際のプローブ１６ｂの先端の三次元座標を図示しない位置センサによって取得し、代表点のズレ量を算出する。なお、この事前作業は、ワーク２毎に行う必要はなく、複数のワーク２を単位としてその単位毎に行ってもよい。この事前作業が終了している加工システム１Ａにおいて図６のバリ取り処理が行われる。

図６に示すように、バリ取り処理が始まると、ワーク計測工程（ステップＳ１１）が遂行される。

ワーク計測工程では、計測制御部４２Ａがロボット１１の動作を制御してプローブ１６ｂをワーク２の外表面の各計測点に移動させて、各計測点の三次元座標を計測する。各計測点の三次元座標が計測されるとワーク計測工程が終了し、補正工程（ステップＳ１２）が遂行される。

補正工程では、計測制御部４２Ａが事前に計測した代表点のズレ量に基づいて各計測点のズレ量を補間し、更にその補間したズレ量に基づいて計測制御部４２Ａが各計測点の三次元座標（計測結果）を補正する。各計測点の三次元座標の補正が終了する補正工程が終了し、ワーク形態情報作成工程（ステップＳ１３）が遂行される。

ワーク形態情報作成工程では、ワーク形態情報作成部４３が各計測点における補正された計測結果に基づいてワーク２の外表面の三次元データを作成して記憶部４１に記憶する。また、ワーク形態情報作成部４３は、三次元データに基づいてワーク２の加工センター位置、即ち位置決めするための基準位置も算出して記憶部４１に記憶させる。このようにして三次元データ及び加工センター位置が記憶部４１に記憶されるとワーク形態情報作成工程が終了する。

ワーク形態情報作成工程の後には、ＣＡＭ変換工程（ステップＳ１４）、送信工程（ステップＳ１５）、ワーク搬送工程（ステップＳ１６）、プログラム修正工程（ステップＳ１７）及び加工工程（ステップＳ１８）がの順に遂行される。各工程は、第１実施形態の加工システム１の加工方法における各工程と略同じ内容であるので、その説明を省略する。

このように構成されている加工システム１Ａによれば、タッチセンサ１６Ａによって計測された三次元座標を補正するので、三次元座標の精度を向上させることができる。これにより、三次元データの精度を向上させることができ、ワーク２の実際の形状により適合した機械加工を実現することができる。それ故、バリ取り時間を更に短くし、且つ工具の破損をより少なくすることができる。

また、加工システム１Ａによれば、タッチセンサ１６Ａを動かしてワーク２の外表面を計測するのでワーク２を動かす必要がない。それ故、大きな重量を有するワーク２であってもその形状及び位置を計測することができ、高い精度で加工を行うことができる。

＜第３実施形態＞
図７に示すように、第３実施形態の加工システム１Ｂは、ＮＣ工作機械３Ｂと計測機械４Ｂとを備えている。計測機械４Ｂは、ワーク計測装置１４Ｂと計測制御装置１３Ｂとを備えている。計測制御装置１３Ｂは、記憶部４１Ｂを有しており、記憶部４１Ｂは、基準形状の三次元データを記憶している。また、計測制御装置１３Ｂのワーク形態情報作成部４３Ｂは、そこでワーク２の三次元データを作成し、且つ作成した三次元データと基準形状の三次元データとを比較して形状誤差を検出する。更に、計測制御装置１３Ｂのデータ変換部４４Ｂは、この形状誤差を含むワーク形態情報をＣＡＭデータに変換し、このＣＡＭデータを出力部４５がＮＣ工作機械３Ｂの加工制御装置１８Ｂに送信するようになっている。加工制御装置１８Ｂのプログラム修正部５４Ｂは、入力部５１を介して出力部４５からのＣＡＭデータを受け取り、基準形状の成形ワークが作成されるように前記ＣＡＭデータに基づいてＮＣプログラムを修正するようになっている。

このように構成されている加工システム１Ｂの加工方法では、以下の点を除いて第１実施形態の加工システム１の加工方法と略同じ内容でワーク２が加工されている。即ち、加工システム１Ｂの加工方法は、形状誤差がワーク形態情報作成部４３Ｂで検出されてこの形状誤差を含むワーク形態情報をデータ変換部４４ＢがＣＡＭデータに変換して加工制御装置１８Ｂに送信する点が異なっている。このように構成されている加工システム１Ｂは、第１実施形態の加工システム１と同様の作用効果を奏する。

＜その他の実施形態＞
第１乃至第３実施形態の加工システム１，１Ａ，１Ｂでは、ロボット１１，１１Ａが垂直多関節ロボットであるが、水平多関節ロボットであってもよく、ワーク２を三次元的に動かせることができるロボットであればよい。加工装置１７も、マシニングセンタに限定されず、ＮＣフライス旋盤やＮＣ研削盤等の数値制御可能な機械工作機器であればよい。また、三次元計測器として３Ｄレーザセンサが採用されているが、ステレオセンサ及びレーザスリットスキャンであってもよく、２つのＣＣＤカメラを用いて画像処理によって三次元形状を計測するようにしてもよい。

また、第１乃至第３実施形態の加工システム１，１Ａ，１Ｂでは、バリ取り処理の場合についてバリの形状誤差に応じてＮＣプログラムを修正することを説明したが、バリだけでなく製造上のミス（例えば、加工ミスや鋳込みミス）等によって生じる形態誤差に応じもＮＣプログラムが修正される。それ故、製造上のミスが生じても精度の高い加工を実現することができる。

また、第１乃至第３実施形態の加工システム１，１Ａ，１Ｂでは、計測制御装置１３，１３Ａ，１３Ｂから加工制御装置１８，１８Ａ，１８Ｂに送信されるデータの形式はＣＡＭであるが、これに限定されずその他のデータ形式であってもよい。また、プログラム修正部５４は、形状誤差に応じてＮＣプログラムを修正しているが、形状誤差に応じて新しいＮＣプログラムを作成するように構成されていてもよい。また、ワーク形態情報には、三次元形状データ及び加工センター位置だけなく、ワークやそのバリの幅や高さ等の寸法が含まれてもよく、ワーク２の形態に関する情報であればよい。更に、ワーク形態情報には、三次元形状データが必ずしも含まれている必要はなく、含まれている情報が３次元形状に関する情報であってもよい。

１，１Ａ，１Ｂ加工システム
２ワーク
１１，１１Ａロボット
１２，１２Ａ，１２Ｂ計測機器
１３，１３Ａ，１３Ｂ計測制御装置
１４，１４Ａ，１４Ｂワーク計測装置
１６三次元計測器
１６Ａタッチセンサ
１７加工装置
１８，１８Ｂ加工制御装置

Claims

ワークの形態を計測するための計測用ロボットを含み、前記計測用ロボットを動かして前記ワークの形態を計測するワーク計測装置と、
前記計測用ロボットの動作を制御して前記ワーク計測装置に前記ワークの形態を計測させる計測制御装置と、
前記ワークを加工するための加工装置と、
加工プログラムに従って前記加工装置の動作を制御して前記加工装置に前記ワークを加工させる加工制御装置と、を備え、
前記ワーク計測装置は、前記計測用ロボットと別体で設けられ且つ前記ワークの形態を計測する計測器を含み、
前記計測制御装置は、前記計測用ロボットの動作を制御して前記計測器に対する前記ワークの姿勢を変えさせ、異なる姿勢の前記ワークの形態を前記計測器に夫々計測させ、前記計測器の計測結果に基づいて前記ワークの形態に関するワーク形態情報を作成し、
前記加工制御装置は、前記計測制御装置が作成する前記ワーク形態情報に基づいて前記加工プログラムを修正するように構成されている、加工システム。
前記加工制御装置は、前記ワークの基準形態に関する情報と前記ワーク形態情報とに基づいて前記ワークの形態誤差を検出し、前記ワークの形態誤差に応じて前記加工プログラムを修正するように構成されている、請求項１に記載の加工システム。
前記計測制御装置は、前記ワークの基準形態に関する情報と前記ワーク計測装置の計測結果に基づく前記ワークの実形態とに基づいて検出される前記ワークの形態誤差を含む前記ワーク形態情報を作成するように構成されている、請求項１に記載の加工システム。
前記ワーク形態情報は、前記ワークの外表面において予め定められた領域の形態に関する情報であり、
前記計測制御装置は、前記計測用ロボットの動作を制御して前記ワーク計測装置に前記予め定められた領域の形態を計測させ、前記ワーク計測装置の計測結果に基づいて前記ワーク形態情報を作成するように構成されている請求項１乃至３のいずれか１つに記載の加工システム。
ワークの形態を計測するための計測用ロボットを含み前記計測用ロボットを動かして前記ワークの形態を計測するワーク計測装置と、加工プログラムに従って動作が制御されて前記ワークを加工する加工装置と、を備える加工システムの加工方法であって、
前記計測用ロボットを動かして前記ワークの形態を計測するワーク計測工程と、
前記ワーク計測工程における計測結果に基づいて前記ワークの形態に関するワーク形態情報を作成するワーク形態情報作成工程と、
前記ワーク形態情報作成工程で作成される前記ワーク形態情報に基づいて前記加工プログラムを修正するプログラム修正工程と、
前記プログラム修正工程において修正された前記加工プログラムに従って前記加工装置を動かして前記加工装置に前記ワークを加工させる加工工程とを含み、
前記ワーク計測装置は、前記計測用ロボットと別体で設けられ且つ前記ワークの形態を計測する計測器を含み、
前記ワーク計測工程では、前記計測用ロボットを動かして計測器に対する前記ワークの姿勢を変えさせ、各姿勢の前記ワークの形態を前記計測器が夫々計測する、加工システムの加工方法。
前記プログラム修正工程では、前記ワークの基準形態に関する情報と前記ワーク形態情報に基づいて前記ワークの形態誤差を検出し、前記ワークの形態誤差に応じて前記加工プログラムを修正する、請求項５に記載の加工システムの加工方法。