JP6267152B2 - 工具マガジンの工具保持手段の把持力測定手段を備えた工具搬送装置および加工システム - Google Patents

工具マガジンの工具保持手段の把持力測定手段を備えた工具搬送装置および加工システム Download PDF

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Description

本発明は、マシニングセンタ等に備わった工具マガジンの工具保持手段の把持力測定手段を備えた工具搬送装置、および、該工具搬送装置を備えた加工システムに関する。
複数のグリップが設けられた工具マガジンに対して、工作機械の外部に配置された工具ストッカから工具を運搬して、取り付け、取り外しを行なう工具搬送装置が知られている。これにより、工具マガジンの保持可能な工具本数に制限されず工具を取り替えることができ、加工プログラムに従って自動的に加工を行うことが可能となる。
しかし、前述のようなグリップで工具を把持する方式の工具マガジンには、工具の着脱の繰り返しにより、グリップ部品に磨耗や歪みが発生して工具把持力が低下し、工具落下等の不具合を引き起こすという問題があった。
そこでこの問題を解決するために、特許文献１に開示されるように、導電性ゴムを使用した寿命検出装置でグリップの外側を挟み込み、グリップの撓み量を検知して工具の寿命を判定するグリップ寿命検出方法が従来公知である。特許文献１においては、工具搬送装置の有無については記載されていないが、工具搬送装置を使用する場合にも、このグリップ寿命検出装置を用いることで、工具落下を未然に防ぐことが可能となる。
特許第３３４８３９２号公報
しかし、この方式でグリップ寿命を判定できるのは、特許文献１に記載されているような一体部材からなるグリップのみであり、ピンやローラをスプリングで付勢する方式のグリップにおいては寿命の判定が出来ないという問題があった。また、測定できるのはあくまでのグリップの撓みであるため、工具と接触する部分の磨耗などによる把持力の低下を検出することはできなかった。また、グリップへの工具の取り付けおよびグリップからの工具の取り外しを行う装置とは別の装置として工具マガジンに装着されており、工具マガジンの構成が複雑になっていた。
そこで本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、工具収納装置の工具保持手段の把持力測定手段を備えた工具搬送装置および該工具搬送装置を備えた加工システムを提供することである。
本発明は、工具収納装置の工具保持手段へ工具を取り付け、取り外しする際に、工具搬送装置に加わる負荷の測定を行う負荷測定手段を工具搬送装置に設けることを特徴とする。
そして、本発明の加工システムは、１つ以上の工具保持手段を有する工具収納装置を備えた工作機械と、前記工具収納装置の工具保持手段に対して工具の取り付けおよび取り外しを行なう工具搬送装置と、を備えた加工システムにおいて、前記工具搬送装置は、前記工具保持手段に工具を取り付け、もしくは取り外しする際に工具搬送装置に加わる負荷を測定する負荷測定装置を備えたことを特徴とする。
そして、本発明によれば、工具搬送装置による工具収納装置への工具着脱時の負荷を測定出来るため、工具保持手段の把持力の低下を事前に発見して、工具落下等の不具合を未然に防ぐことが可能となる。
また、本発明の加工システムは、前記負荷測定装置により測定した負荷を表示する表示手段を備えたことを特徴とする。そして、本発明によれば、負荷測定装置により測定した負荷の値を確認することで工具保持手段の把持力の低下を早期に発見できるため、工具落下等の不具合を未然に防ぐことが可能となる。
また、本発明の加工システムは、前記工具搬送装置が前記負荷測定装置により測定した負荷を記憶する記憶手段を備えたことを特徴とする。本発明によれば、工具搬送装置に記憶された負荷の値を参照することで、工具保持手段の把持力の低下を確認できるため、工具落下等の不具合を未然に防ぐことが可能となる。
本発明の加工システムは、前記工具搬送装置が前記負荷測定装置により測定した負荷を外部装置へと伝達する通信手段を備えたことを特徴とする。本発明によれば、工具搬送装置またはその他の外部装置から負荷の値を参照することで、工具保持手段の把持力の低下を確認できるため、工具落下等の不具合を未然に防ぐことが可能となる。
また、本発明の加工システムは、前記工具搬送装置が工具の取り付けの際の負荷の閾値、もしくは取り外しの際の負荷の閾値を記憶する記憶手段と、前記負荷測定装置により測定した負荷と前記閾値と比較し、前記測定した負荷の値が前記閾値を超えた場合に、その旨を伝達する伝達手段と、を備えることを特徴とする、本発明によれば、工具保持手段の把持力が低下している場合に、工具搬送装置がメッセージやアラーム等の伝達手段によりその旨を伝達することにより、早期に工具保持手段の把持力の低下を発見出来るため、工具落下等の不具合を未然に防ぐことが可能となる。
また、本発明の加工システムは、前記工具搬送装置と前記工作機械との間でデータの送受信を行なう通信手段を備え、前記工作機械は、工具の取付の際の負荷の閾値、もしくは取り外しの際の負荷の閾値を記憶する記憶手段を備え、前記工作機械は、前記工具搬送装置の負荷測定装置により測定した負荷が前記工具の取付の際の閾値、もしくは取り外しの際の負荷の閾値を超えた場合に、その旨を伝達する伝達手段を備えることを特徴とする。
本発明によれば、工具保持手段の把持力が低下している場合に、工作機械がメッセージやアラーム等の伝達手段によりその旨を伝達することにより、早期に工具保持手段の把持力の低下を発見出来るため、工具落下等の不具合を未然に防ぐことが可能となる。
本発明の加工システムは、前記負荷測定装置により測定した負荷が前記閾値を超えた場合に、前記工具収納装置の前記工具保持手段の交換を行うことを特徴とする。本発明によれば、工具保持手段の把持力が低下した場合に、工具搬送装置が自動的に工具保持手段の交換を行うことにより、加工システムを止めて人手で工具保持手段の交換を行う必要がなくなり、加工システムを無人で連続的に稼動させることが可能となる。
本発明の加工システムは、負荷の前記記憶装置への記憶を所定の間隔で実行し、前記記憶手段に記憶することを特徴とする。本発明によれば、所定の間隔で測定した負荷の値の変化を記録したデータを参照することにより、同一条件で使用される工具保持手段の寿命を予測することが可能となる。
本発明の加工システムは、前記工具搬送装置がロボットであることを特徴とする。本発明によれば、ロボットによる工具保持手段への工具の取り付け、取り外し時に、工具保持手段の把持力の低下を検出できるため、工具落下等の不具合を未然に防ぐことが可能となる。
本発明の工具搬送装置は、工作機械に備わった工具収納装置の工具保持手段に対して工具の取り付けおよび取り外しを行なう際に、前記工具保持手段に工具を取り付け、もしくは取り外しする際に前記工具搬送装置に加わる負荷を測定する負荷測定装置を備えたことを特徴とする。
そして、本発明によれば、工具搬送装置による工具収納装置への工具着脱時の負荷を測定出来るため、工具保持手段の把持力の低下を事前に発見して、工具落下等の不具合を未然に防ぐことが可能となる。
本発明の前記の工具搬送装置は、自走式のロボットであることを特徴とする。自走式のロボットによって、複数台の工作機械にそれぞれに備わった工具収納手段の工具保持手段の把持力を効率的に測定することができ、把持力が低下した工具保持手段からの工具の脱落を防止できる。
本発明により、工具収納装置の工具保持手段の把持力測定手段を備えた工具搬送装置および加工システムを提供できる。
工具収納装置を備えた工作機械の外観斜視図である。 複数のグリップを備えた工具マガジンの概略図である。 スプリングでピンを付勢する方式のグリップの構造の概略図である。 工具の概略図である。 加工システムの概略図である。 工具取り付け時の動作を示す概略図である。 工具取り外し時の動作を示す概略図である。 グリップアームでローラを付勢する方式のグリップの構造の概略図である。 所定の間隔で検出した負荷の値を記憶することを示す図である。 力センサにより検出された負荷情報を受信する制御装置を説明する図である。
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
図１は、工具収納装置として工具マガジン２０１を備えた工作機械１０１の一例を示す外観斜視図である。また、図２は複数のグリップ３０１を備えた工具マガジン２０１の一例である。グリップ３０１は特許請求の範囲の「工具保持手段」に対応する。工具マガジン２０１は特許請求の範囲の「工具収納装置」に対応する。工具収納装置には１つ以上の工具保持手段を備えることができる。
図１に示されるように、工作機械１０１は工具４０１の着脱が可能な主軸１０２と、複数のグリップ３０１を備えた工具マガジン２０１を備えている。テーブル１０３にワーク（図示せず）が載置され、主軸１０２に装着された工具４０１を用いてワークの加工が実行される。自動工具交換時には、工具マガジン２０１が目的の工具４０１の装着された工具保持部を主軸１０２の位置に割り出し、グリップ３０１と主軸１０２との間で工具の受け渡しを行う。
図３は、工具マガジン２０１に備わったグリップ３０１のグリップ形状の一例を示す図である。また、図４は工具４０１の工具形状の一例を示す図である。図３に示されるように、グリップ３０１は一対のグリップアーム３０４を有している。一対のグリップアーム３０４のそれぞれの先端部分にピン３０２が配置されている。ピン３０２は、グリップアーム３０４の先端部分に穿設された穴に、スプリング３０３と共に装着されている。ピン３０２はスプリング３０３によって突出する方向に付勢されており、工具４０１の工具フランジ部４０２を挟み込んで工具４０１を把持することができる。
図４に示されるように、工具４０１は軸方向に２つの工具フランジ部４０２を備えている。２つの工具フランジ部４０２は所定の間隔をもって形成されている。グリップ３０１が工具４０１を把持した状態では工具フランジ部４０２の間にピン３０２が当接した状態となっている。
図５は、工作機械１０１と、工作機械１０１の機外に設置されたハンドリングロボット５０２と、工作機械１０１の機外に設置された工具ストッカ５０３からなる加工システムの概略を示す図である。なお、加工システムとして工具ストッカ５０３を備えていない構成も考えられる。この場合は、工作機械１０１からハンドリングロボット５０２により取り出された工具４０１を、作業者が工具保管場所に搬出する。
ハンドリングロボット５０２は、工作機械１０１の工具マガジン２０１の工具脱着位置に位置する工具保持部（グリップ３０１）から工具４０１を取り外し、工具置き場（工具ストッカ５０３）へと工具４０１を搬送する動作、および工具置き場（工具ストッカ５０３）から工具４０１を搬送し、工具マガジン２０１の工具脱着位置に位置する工具保持部（グリップ３０１）へと工具４０１を取り付ける動作を行なうことが可能である。
ハンドリングロボット５０２のハンド部５０６には、力センサ５０７が設けられており、ハンド部５０６に加わる負荷を検出することが可能となっている。また、ハンドリングロボット５０２の制御装置５０８と工作機械１０１の制御装置５０５は通信手段を備えており、情報の送受信が可能なデータケーブル５１０で接続されている。さらに、ハンドリングロボット５０２はデータサーバ５１１と情報の送受を行う通信手段を備えており、データケーブル５１０によってデータサーバ５１１等の外部装置に接続されている。
図６は、ハンドリングロボット５０２がグリップ３０１へ工具４０１を装着する際の動作を示す概略図である。この時、ハンドリングロボット５０２のハンド部５０６には、グリップ３０１に備わったスプリング３０３の力に逆らってピン３０２を押し広げるための負荷が加わる（図３参照）。この負荷をハンド部５０６に備えられた力センサ５０７で検出する。力センサ５０７は特許請求の範囲の「負荷測定装置」に対応する。
力センサ５０７で検出した負荷の値は、一旦ハンドリングロボット５０２の制御装置５０８にデータケーブル５１０を通して送られる。そして更に、制御装置５０８から工作機械１０１の制御装置５０５へ力センサ５０７で検出した負荷の値が送られる。制御装置５０５では負荷の値を記憶手段に記憶してもよい。
工作機械１０１の制御装置５０５にはあらかじめ負荷の閾値が記憶されており、負荷が閾値を超えた場合には、グリップ３０１の把持力が低下していると判定し、その旨をユーザに伝えるメッセージを制御装置５０５に備わった図示しない表示装置に表示する。検出した負荷の値を前記表示装置に表示してもよい。検出した負荷の値を表示する表示装置は制御装置５０５のものに限定されない。ハンドリングロボット５０２の制御装置５０８に備わった表示装置に表示してもよい。なお、負荷の閾値を超えたとは、正常な保持力を有する場合の閾値を下回ったことを意味する。
これにより、工具マガジン２０１に備えられたグリップ３０１の保持力低下を早期に発見することが出来る。このため、グリップ３０１の把持力低下によって生じる工具落下等の不具合を未然に防ぐことが出来る。また、負荷の測定値はデータサーバ５１１に送信され、作業者は負荷の測定値を参照することが可能となっている。
本実施形態では、ハンドリングロボット５０２がグリップ３０１へ工具４０１を装着する際の負荷の検出について例示したが、図７のようにハンドリングロボット５０２がグリップ３０１から工具４０１を取り外す場合についても、本発明は適用可能である。グリップ３０１へ工具４０１を取り付けるときと、グリップ３０１から工具４０１を取り外すときとで、グリップ３０１の工具の把持力が正常か正常でないかを判別するための閾値をそれぞれに適切な値に設定してもよい。グリップ３０１の形状によっては、工具４０１の取り付けと取り外しの場合では、ハンドリングロボット５０２のハンド部５０６に掛かる負荷が異なる場合がある。
また本実施形態では、ピン３０２をスプリング３０３によって付勢する方式のグリップ３０１について例示したが、本発明の範囲はこれに限定されない。例えば、図８に示すように、グリップ８０１のグリップアーム８０５に支点８０２を設け、グリップアーム８０５の先端にローラ８０３を設ける。また、グリップアーム８０５の後端にスプリング８０４を設ける。一対のスプリング８０４によって一対のグリップアーム８０５は、一対のグリップアーム８０５によって工具４０１を挟み込むことができる。なお、図８には工具４０１を図示していない。この方式のグリップ８０１についても、本発明は適用可能である。この他にも、何らかの方法でグリップ先端を付勢して工具４０１を挟み込んで把持する方式のグリップであれば、本発明は適用可能である。
上述の本発明の実施形態では、負荷測定手段として力センサ５０７をハンドリングロボット５０２のハンド部５０６に設けることを例示したが、ハンドリングロボット５０２の駆動モータへ加わる負荷トルクを検出することで負荷を測定する構成でも、本発明は実現可能である。
さらに、本実施形態では、工作機械１０１の制御装置５０５がグリップ把持力低下の判定を行なっているが、工具搬送装置（ハンドリングロボット５０２）の制御装置５０８がグリップ把持力低下の判定とメッセージ表示を行なう構成としてもよい。
加えて、グリップ把持力低下を検出した場合に、グリップ３０１，８０１を自動的に交換する手段を工具搬送装置（ハンドリングロボット５０２）に備えることにより、グリップ把持力が低下した場合にも、加工システムを停止させる必要がなくなり、加工システムを無人で連続的に稼動させることが可能となる。グリップ３０１，８０１の交換はハンドリングロボット５０２と異なるロボットによってもよい。
さらに、計測した負荷を所定の間隔で記録することにより、負荷の低下の割合や、同じ工具マガジン２０１に備わった複数のグリップ３０１の別のグリップ３０１の負荷低下情報を元に、グリップ３０１の寿命を予測することが可能になる。
図９は所定の間隔で検出した負荷の値を記憶することを示す図である。所定の間隔としては時間の間隔がある。図５に示される加工システムにおいて、所定の時間間隔（例えば、１週間ごと）ハンドリングロボット５０２のハンド部５０６に工具４０１を把持させ、工具マガジン２０１の各グリップ３０１との間で工具４０１の脱着を実行し、その時の脱着の負荷の値を力センサ５０７により検出し、検出した結果を図９に示すように、制御装置５０５あるいは制御装置５０８あるいはデータサーバ５１１に記憶する。あるいは、工具マガジン２０１のそれぞれのグリップ３０１への工具４０１の脱着回数の隔数回ごとに記憶させることでもよい。
例えば、ある加工システムにおいて、工具マガジン２０１のグリップＧＡが寿命に至るまでの負荷低下が記録されている場合、同じ工具マガジン２０１のグリップＧＢの負荷低下もほぼ同様の経過をたどると考えられる。そのため、負荷を監視することでグリップの残り寿命を予測することが可能となる。
図１０は力センサにより検出された負荷情報を受信する制御装置を説明する図である。ハンドリングロボット５０２を制御する制御装置５０８は、工具４０１を工具マガジン２０１のグリップ３０１，８０１に脱着する際に力センサ５０７により検出された負荷情報を、通信手段を介して受け取る。制御装置５０８が受け取った負荷情報は、表示部５２１により表示されてもよい。または、記憶部５２２に記憶されてもよい。この記憶は所定の間隔（時間的、あるいは、着脱の回数による間隔）に行われてもよい。演算部５２０では、グリップ３０１，８０１の工具把持力の良否を判別するために予め記憶部５２２に記憶された閾値と比較する演算を行ってもよい。その比較の結果は、表示部５２１に表示してもよい。あるいは、工作機械の制御装置５０５、あるいは、データサーバ５１１に送信してもよい。
工具保持手段の把持力を測定するために、自走式のロボットを用いてもよい。このロボットには上述の実施形態と同様に、工具保持手段の保持力を測定する手段が備わっている。測定した保持力の負荷の値をロボットの制御装置において、予め設定した閾値と比較し、保持力が正常であるか否かを判定することができる。測定して得られた把持力のデータを記憶しておき、統計分析することで、把持力の低下度合いを予測することも可能である。自走式のロボットによって、複数台の工作機械にそれぞれに備わった工具収納手段の工具保持手段の把持力を効率的に測定することができ、把持力が低下した工具保持手段からの工具の脱落を防止できる。
１０１ 工作機械
１０２ 主軸
１０３ テーブル
２０１ 工具マガジン
３０１ グリップ
３０２ ピン
３０３ スプリング
３０４ グリップアーム
４０１ 工具
４０２ 工具フランジ部
５０２ ハンドリングロボット
５０３ 工具ストッカ
５０５ 制御装置（工作機械の制御装置）
５０６ ハンド部
５０７ 力センサ
５０８ 制御装置（ハンドリングロボットの制御装置）
５１０ データケーブル
５１１ データサーバ
５２０ 演算部
５２１ 表示部
５２２ 記憶部
８０１ グリップ
８０２ 支点
８０３ ローラ
８０４ スプリング
８０５ グリップアーム

Claims (10)

  1. １つ以上の工具保持手段を有する工具収納装置を備えた工作機械と、
    前記工具収納装置の工具保持手段に対して工具の取り付けおよび取り外しを行なう工具搬送装置と、
    を備えた加工システムにおいて、
    前記工具搬送装置は、
    前記工具保持手段に工具を取り付け、もしくは取り外しする際に工具搬送装置に加わる負荷を測定する負荷測定装置と、
    前記工具の取り付けの際の負荷の閾値、もしくは取り外しの際の負荷の閾値を記憶する記憶手段と、
    前記負荷測定装置により測定した負荷と前記閾値と比較し、前記測定した負荷の値が前記負荷の閾値を下回った場合に、その旨を伝達する伝達手段と、
    を備えたことを特徴とする、加工システム。
  2. １つ以上の工具保持手段を有する工具収納装置を備えた工作機械と、
    前記工具収納装置の工具保持手段に対して工具の取り付けおよび取り外しを行なう工具搬送装置と、
    を備えた加工システムにおいて、
    前記加工システムは、前記工具搬送装置と前記工作機械との間でデータの送受信を行なう通信手段を備え、
    前記工具搬送装置は、前記工具保持手段に工具を取り付け、もしくは取り外しする際に工具搬送装置に加わる負荷を測定する負荷測定装置を備え、
    前記工作機械は、
    工具の取付の際の負荷の閾値、もしくは取り外しの際の負荷の閾値を記憶する記憶手段と、
    前記工具搬送装置の負荷測定装置により測定し前記通信手段により前記工作機械に送られた前記工具搬送装置に加わる負荷が、前記工具の取付の際の閾値、もしくは取り外しの際の負荷の閾値を下回った場合に、その旨を伝達する伝達手段を備えることを特徴とする、加工システム。
  3. 前記負荷測定装置により測定した負荷を表示する表示手段を備えたことを特徴とする、請求項１または２に記載の加工システム。
  4. 前記工具搬送装置は、前記負荷測定装置により測定した負荷を記憶する記憶手段を備えたことを特徴とする、請求項１から３のいずれか一つに記載の加工システム。
  5. 前記負荷の前記記憶手段への記憶を所定の間隔で実行することを特徴とする、請求項４に記載の加工システム。
  6. 前記工具搬送装置は、前記負荷測定装置により測定して得られた負荷のデータを外部装置へと伝達する通信手段を備えたことを特徴とする、請求項１から５のいずれか一つに記載の加工システム。
  7. 前記負荷測定装置により測定した負荷が前記負荷の閾値を下回った場合に、前記工具収納装置の前記工具保持手段の交換を行うことを特徴とする、請求項１から６のいずれか一つに記載の加工システム。
  8. 前記工具搬送装置がロボットであることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一つに記載の加工システム。
  9. 工作機械に備わった工具収納装置の工具保持手段に対して工具の取り付けおよび取り外しを行なう工具搬送装置であって、
    前記工具搬送装置は、前記工具保持手段に工具を取り付け、もしくは取り外しする際に前記工具搬送装置に加わる負荷を測定する負荷測定装置と、
    前記工具の取り付けの際の負荷の閾値、もしくは取り外しの際の負荷の閾値を記憶する記憶手段と、
    前記負荷測定装置により測定した負荷と前記負荷の閾値と比較し、前記測定した負荷の値が前記閾値を下回った場合に、その旨を伝達する伝達手段と、
    を備えたことを特徴とする工具搬送装置。
  10. 前記工具搬送装置は、自走式のロボットであることを特徴とする請求項９記載の工具搬送装置。
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