JP6392581B2 - 工作機械とともに使用されるロボットのロボット制御装置、及び加工システム - Google Patents
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Description
本発明は、工作機械において加工されるワークの供給と排出を行うロボットを制御するロボット制御装置に関し、さらに、該工作機械、該ロボット及び該ロボット制御装置を含む加工システムに関する。
工作機械を使って機械加工を行う際、加工品質を維持するため、工作機械に関する生産管理情報を上位コンピュータによって管理するのが一般的である。詳細には、工作機械と上位コンピュータとをネットワークで接続し、工作機械から上位コンピュータに対して加工実績情報等を定期的に送信し、上位コンピュータで集約する方法が知られている。
これに関連する周知技術例として、特許文献１には、作業者が情報を入力するための入力手段と、文字および図形を表示可能な表示手段と、生産管理コンピュータとの間で情報を送受信するための通信手段と、生産管理コンピュータ内の共有ファイルである通知情報ファイルを表示手段に表示する表示制御手段と、通知情報ファイル内に設けられた返信欄に返信情報を書き込んで通知情報に対する返信情報とする返信管理手段とを有する情報送受信機能を備えたＮＣ装置が記載されている。
また特許文献２には、同一の又は同種の加工を実施する複数の工作機械でそれぞれ特定部品の加工終了をセンサで感知することにより発生した信号を、計量コントローラに入力し、計量コントローラで累積した複数個で１組の計量信号をシリアルインタフェース上に送り、このシリアル信号をネットワークコントローラに送り込み、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）接続方式によりパソコン等でアクセスして、生産情報をリアルタイムに読み取り可能とした生産管理システムが記載されている。
近年、工作機械に対する加工前のワークの供給と加工後のワークの排出を、ロボットを使って行うことが増えている。さらに、加工が完了したワークの加工精度の検査をロボットで行ったり、工作機械の加工ツールの交換をロボットで行ったりする場合もある。
ロボットを使って工作機械に対してワークの供給と排出を行う場合、ロボット側でしか得られない生産管理情報がある。例えば、ワークの供給場所に未加工ワークがいくつ準備されているか、ワークの排出場所に加工済のワークがいくつ準備されているかを知るために、ロボットに設けた視覚センサ等を使って該供給場所や該排出場所を検出した場合、それらの情報は基本的にはロボット側にしか存在しない情報である。また加工済のワークの加工精度の検査をロボットで行った場合に、良品と不良品の個数がそれぞれいくつであるかも、ロボット側にしかない情報である。さらに、加工ツールの交換をロボットが行う場合、各ワークがどの加工ツールで加工されたかもロボット側にしかない情報である。このように、加工品質を維持するために管理すべき生産管理情報が、工作機械側にはなく、ロボット側にしかない場合がある。
上述のように、生産管理情報のうちの一部分は工作機械側にあり、他の部分はロボット側にあるという場合、上位コンピュータは、生産中に工作機械及びロボットの双方から生産管理情報を取得する必要がある。このとき、生産管理情報を取得する時刻が工作機械とロボットとで異なる場合、それらの内容に矛盾が生じることがある。例えば、工作機械において加工したワークの総数と、ロボットがその工作機械に対して供給したワークの総数とが一致しないということが発生し得る。
工作機械とロボットとの間は、プログラムの実行やインターロック信号のためのネットワークを設置することが一般的であるが、それとは別に上位コンピュータとの間で生産管理情報を取得するためのネットワークを、工作機械及びロボットにそれぞれ接続する必要がある。つまり、工作機械とロボットとを接続するためのネットワークと、上位コンピュータと工作機械及びロボットとの間で生産管理情報をやり取りするためのネットワークという２系統のネットワークを設ける必要がある。
また工作機械では、切屑の清掃や、加工ツールの交換等の保守作業（メンテナンス）を行うことが多く、その間は工作機械の電源を遮断していることが多い。工作機械の電源遮断中は、上位コンピュータは、工作機械から生産管理情報を取得することができない。
そこで本発明は、工作機械の生産管理情報をロボット側で管理し、上位コンピュータに送信できるようにしたロボット制御装置、並びに該工作機械、該ロボット及び該ロボット制御装置を含む加工システムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本願第１の発明は、少なくとも１つの数値制御工作機械と、工作機械の生産管理情報を管理する上位コンピュータと、前記数値制御工作機械に対して被加工物の供給および排出を行うロボットとを有するシステムにおいて、前記ロボットを制御するロボット制御装置であって、前記数値制御工作機械から前記ロボット制御装置への加工開始通知の送信時、及び前記数値制御工作機械から前記ロボット制御装置へのワーク交換要求の送信時の少なくとも一方において、前記数値制御工作機械の生産管理情報の少なくとも一部が前記ロボット制御装置に送信され、前記ロボット制御装置は、前記ロボット制御装置が前記数値制御工作機械から取得した生産管理情報と、前記ロボットに関連する生産管理情報とを集約した生産管理情報を前記上位コンピュータに送信する、ロボット制御装置を提供する。
第２の発明は、少なくとも１つの数値制御工作機械と、工作機械の生産管理情報を管理する上位コンピュータと、前記数値制御工作機械に対して被加工物の供給および排出を行うロボットと、前記ロボットを制御するロボット制御装置とを有する加工システムであって、前記数値制御工作機械から前記ロボット制御装置への加工開始通知の送信時、及び前記数値制御工作機械から前記ロボット制御装置へのワーク交換要求の送信時の少なくとも一方において、前記数値制御工作機械の生産管理情報の少なくとも一部が前記ロボット制御装置に送信され、前記ロボット制御装置は、前記ロボット制御装置が前記数値制御工作機械から取得した生産管理情報と、前記ロボットに関連する生産管理情報とを集約した生産管理情報を前記上位コンピュータに送信する、加工システムを提供する。
本発明によれば、ロボット制御装置に工作機械の生産管理情報を統合・集約することで、上位コンピュータはロボット制御装置から、ロボットの生産管理情報と工作機械の生産管理情報をまとめて取得することができ、生産管理情報に矛盾が生じることがなく、加工品質の維持・改良に寄与する。また、上位コンピュータと工作機械との間のネットワークを設置する必要がない。さらに、工作機械のメンテナンス等のために工作機械の電源が遮断されていても、工作機械の生産管理情報を上位コンピュータに送ることができるようになる。
図１は、本発明の好適な実施形態に係るロボット制御装置を含む加工システム（生産システム）の一構成例を示す図である。加工システム１０は、数値制御工作機械（ＮＣ工作機械）１２と、工作機械１２の生産情報を管理する上位コンピュータ（ホストコンピュータ）１４と、工作機械１２に対してワークの供給及び排出を行うロボット１６と、ロボット１６を制御するロボット制御装置１８と、ロボット制御装置１８に接続された画像処理装置２０とを有する。
工作機械１２において加工すべきワーク（被加工物）は、種類別にパレット上にバラ積み又は整列配置されおり、図示例では２種類の未加工ワークＷ１及びＷ２が、それぞれパレットＰ１及びＰ２上に複数個配置されている。
ロボット１６は、例えば６軸の多関節ロボットであり、ロボットアーム２２と、ロボットアーム２２の先端に取り付けた作業ツール２４と、作業ツール２４又はアーム２２の先端に取り付けたカメラ２６とを有する。カメラ２６は、仮置き台２８上に載置された加工済みワークの画像を取得できるように構成されており、カメラ２６で得られた画像は、画像処理装置２０にて処理される。制御装置１８は、画像処理装置２０での画像処理結果に基づいて加工済みワークの加工品質（良品であるか不良品であるか）を判断することができる。ロボット１６は、良品と判断された加工済みワークをパレットＰ３上に搬送し、不良品と判断された加工済みワークをパレットＰ４上に搬送するように構成されている。
ロボット１６は、走行軸２９によって所定の範囲に亘って移動可能となっている。図１の例では、ロボット１６は略左右方向に直線的に往復動可能であり、上述のパレットＰ１又はＰ２から作業ツール２４を用いて加工前のワークＷ１又はＷ２を把持して工作機械１２に供給し、工作機械１２で加工されたワークを、画像処理結果に基づいてパレットＰ３又はＰ４上に搬送・載置するように構成されている。
工作機械１２とロボット制御装置１８は第１のネットワーク（ケーブル）３０で接続されており、ロボット制御装置１８と上位コンピュータ１４は第２のネットワーク（ケーブル）３２で接続されている。これらのネットワークにより、後述する生産管理情報等のデータを工作機械１２とロボット制御装置１８との間、及びロボット制御装置１８と上位コンピュータ１４との間で通信することができる。なお図示例では、工作機械１２と上位コンピュータ１４との間も第３のネットワーク（ケーブル）３４で接続されているが、これは必須ではない。
次に、ロボット１６及び工作機械１２における処理（ここでは複数のワークの連続的な加工）を、図２のフローチャートを参照しつつ説明する。先ず、作業者がロボット制御装置１８及び工作機械１２に対してサイクル開始操作を行うと、工作機械１２がロボット制御装置１８に対して加工開始通知（信号）を送信し（ステップＳ２１）、ロボット制御装置１８がこれを受信する（ステップＳ１１）。
ロボット制御装置１８は、加工開始信号を受信したら、次に加工するワークの準備をロボット１６に行わせる（ステップＳ１２）。加工するワークの準備とは具体的には、例えば以下のような処理をいう。先ず複数の未加工ワークＷ１が載置されているパレットＰ１をカメラ２６で撮像し、画像処理装置２０を使ってカメラ２６が撮像した画像を処理する。この画像処理によって、パレットＰ１上のワークＷ１の個数の検出と、そのうちの１つの取り出すべきワークＷ１ａの選択と、選択されたワークＷ１ａのパレットＰ１上での位置の検出とを行う。ロボット１６は、走行軸２９を使ってパレットＰ１に接近し（矢印Ａ１）、作業ツール２４を使ってワークＷ１ａに接近してこれを把持し（矢印Ａ２〜Ａ４）、パレットＰ１からワークＷ１ａを持ち上げる（矢印Ａ５、Ａ６）。
ロボット１６は、次に加工するワークの準備が完了すると、走行軸２９を使ってワーク交換位置（図示例では工作機械１２の自動ドア３６の前）に移動する（ステップＳ１３、矢印Ａ７）。
工作機械１２は、ロボット制御装置１８に加工開始信号を送信した後に、工作機械１２にセットされているワークの加工を行い（ステップＳ２２）、当該加工が完了したら（ステップＳ２３）、自動ドア３６を開けて、ロボット制御装置１８に対してワーク交換要求（信号）を送信する（ステップＳ２４）。
ロボット制御装置１８は、工作機械１２からワーク交換要求を受信したら（ステップＳ１４）、ロボット１６に対し、自動ドア３６から工作機械１２の内部に進入し、加工済みワークと、未加工のワークとを交換する旨の指令を送り、ロボット１６はこれに従った動作を行う（ステップＳ１５、矢印Ａ８）。ロボット制御装置１８は、ロボット１６によるワークの交換が完了したら、ロボット１６を工作機械１２の内部から退避させ（矢印Ａ９）、工作機械１２にワーク交換完了通知（信号）を送信する（ステップＳ１６）。
工作機械１２は、ワーク交換完了信号をロボット制御装置１８から受信したら（ステップＳ２５）、再度加工開始信号をロボット制御装置１８に送り（ステップＳ２１）、新たなワークの加工を開始する。なおロボット制御装置１８は、工作機械１２からワークの交換要求を受信したときに、工作機械１２に関する生産管理情報をアップデートすることが好ましい。
ロボット制御装置１８は、工作機械１２が次のワークの加工が開始された旨の通知（信号）を受信したら（ステップＳ１７）、加工済みワークの加工品質の検査を行う（ステップＳ１８）。具体的には、ロボット１６が、ステップＳ１５で交換・把持した加工済みワークを仮置き台２８の所定位置に搬送・配置し（矢印Ａ１０、Ａ１１）、仮置き台２８の位置決め用治具３８を閉じてワークを正確に位置決めする。次に、カメラ２６で仮置き台２８上の加工済みワークを撮像し、得られた画像を画像処理装置２０で画像処理することによって、加工済みワークが良品（合格）か不良品（不合格）かを判断する。
次に、ロボット１６は加工済みワークの排出を行う（ステップＳ１９）。具体的には、良品と判断された加工済みワークはパレットＰ３上に搬送され、不良品と判断された加工済みワークはパレットＰ４上に搬送される。加工済みワークの排出が完了したら、ロボット１６（制御装置１８）の処理はステップＳ１２に戻り、次に加工するワークの準備を行う。
以上の処理は、作業者がロボット制御装置１８及び工作機械１２に対してサイクル停止の操作を行うまで、繰り返される。
本発明では、上述のステップＳ２１おける加工開始通知（信号）の送信時、及びステップＳ２４におけるワーク交換要求（信号）の送信時の少なくとも一方において、工作機械１２が持つ生産管理情報の少なくとも一部（好ましくは全て）が、上述の第１のネットワーク３０を介してロボット制御装置１８に送信される。ロボット制御装置１８は、工作機械１２から生産管理情報を受信したら、ロボット制御装置１８が持つ生産管理情報と工作機械１２の生産管理情報を結合（集約）して、１つの生産管理情報とし、ロボット制御装置１８の内部（制御装置１８が有するメモリ等）に記憶する。
そして、上位コンピュータ１４から、ロボット制御装置１８又は工作機械１２に対して生産管理情報の要求があった場合は、ロボット制御装置１８が記憶している生産管理情報が、上述の第２のネットワーク３２を介して上位コンピュータ１４に送信される。なお上位コンピュータ１４から生産管理情報の要求がなくても、予め定められた時間が経過するたびに、ロボット制御装置１８から上位コンピュータ１４に対して、ロボット制御装置１８が記憶している生産管理情報を送信するようにしてもよい。
上位コンピュータ１４に送信される生産管理情報は、以下のグループＡ〜Ｇに分けて考えることができる。
Ａ：工作機械の状態（停止中、加工中、待機中）
Ｂ：工作機械の通電時間、運転時間、切削時間、加工部品総数、アラーム発生数
Ｃ：ワークの加工総数
Ｄ：ワークの検査合格総数、検査不合格総数
Ｅ：ワーク加工開始時刻、ワーク加工終了時刻
Ｆ：加工ツール毎の加工時間、残寿命時間、未使用工具数
Ｇ：未加工ワークの総数
Ａ：工作機械の状態（停止中、加工中、待機中）
Ｂ：工作機械の通電時間、運転時間、切削時間、加工部品総数、アラーム発生数
Ｃ：ワークの加工総数
Ｄ：ワークの検査合格総数、検査不合格総数
Ｅ：ワーク加工開始時刻、ワーク加工終了時刻
Ｆ：加工ツール毎の加工時間、残寿命時間、未使用工具数
Ｇ：未加工ワークの総数
生産管理情報Ａは、工作機械１２からの加工開始通知及び交換要求の受信状態によって、判断することができる。つまり、工作機械１２の電源を投入してから、加工開始通知をロボット制御装置１８が受信するまでが停止中、加工開始通知を受信してから交換要求を受信するまでが加工中、交換要求を受信してから次の加工開始通知を受信するまでが待機中である。
生産管理情報Ｂは、工作機械１２が備えている情報である。ロボット制御装置１８は、加工開始通知及び交換要求を受信するときに、工作機械１２が備えている生産管理情報Ｂも同時に取得することができる。
生産管理情報Ｃ及びＥは、工作機械１２、ロボット１６（制御装置１８）の双方が持つことができる情報である。ロボット制御装置１８は、工作機械１２から加工開始通知及び交換要求を受信するたびに、生産管理情報Ｃ及びＥを取得し、ロボット制御装置１８が既に保持している生産管理情報Ｃ及びＥと一致しているか否かを照合し、照合していれば、上位コンピュータ１４に一致していることを照合済みの生産管理情報として送信する。一方、照合していない（時刻ずれがある等）場合は、工作機械１２及びロボット制御装置１８のいずれの情報を優先するか等のアルゴリズムを予め定めておき、当該アルゴリズムに従ってロボット制御装置１８が処理したものが照合済みの生産管理情報として上位コンピュータ１４に送られる。
生産管理情報Ｄ及びＧはロボット１６（制御装置１８）のみが持つ生産管理情報である。
生産管理情報Ｆは、工作機械１２がツールチェンジャ等を使ってツール交換を行う場合は工作機械１２が持つ生産管理情報であり、ロボット１６が、ツールストッカ等にある加工ツールを工作機械１２の加工ツールと交換する場合は、ロボット制御装置１８が持つ生産管理情報となる。本発明では、上位コンピュータ１４は、生産管理情報Ｆが工作機械１２か、ロボット制御装置１８のいずれからの情報であるかに関わらず、生産管理情報Ｆを取扱うことが可能になる。このように、上位コンピュータ１４は、工作機械１２とロボット制御装置１８のそれぞれの生産管理情報を一括で受け取ることができ、さらに加工（生産）開始又は終了のタイミングで工作機械１２からロボット制御装置１８に生産管理情報が通知され、ロボット制御装置１８が保持している生産管理情報と結合（統合）される。従って、工作機械１２及びロボット制御装置１８から別々に上位コンピュータ１４に生産管理情報が送られた場合に生じ得る時刻ずれ等が発生することがなく、上位コンピュータ１４は矛盾のない正確な生産管理情報を取得することができる。
上述のように、本発明では、工作機械１２と上位コンピュータ１４とが第３のネットワーク３４等で直接接続されることを必要とせず、工作機械１２及びロボット１６に関する生産情報はロボット制御装置１８がまとめて管理する。具体的には、工作機械１２の生産管理情報の少なくとも一部（特に上述のグループＣ及びＥに属する情報）が第１のネットワーク３０を介して、プログラムの実行やインターロックに関する信号等とともに、ロボット制御装置１８に送られ、ロボット制御装置１８は、自らが保有している生産管理情報と工作機械１２からの生産管理情報とを統合・集約した後、上位コンピュータ１４は、ロボット制御装置１８からネットワーク３２を介して、工作機械１２及びロボット１６の双方に関する生産管理情報を取得することができる。
また工作機械１２では、切屑の洗浄や、加工ツールの交換等の保守作業のために、工作機械１２の電源が一定時間遮断されることがあるが、本発明ではそのような保守作業の間でも、上位コンピュータ１４は工作機械１２の生産管理情報をロボット制御装置１８から取得することができる。
１０ 加工システム
１２ 工作機械
１４ 上位コンピュータ
１６ ロボット
１８ ロボット制御装置
２０ 画像処理装置
２２ ロボットアーム
２４ 作業ツール
２６ カメラ
２８ 仮置き台
２９ 走行軸
３０、３２、３４ ネットワーク（ケーブル）
３６ 自動ドア
３８ 位置決め用治具
Ｐ１〜Ｐ４ パレット
Ｗ１、Ｗ２ ワーク
１２ 工作機械
１４ 上位コンピュータ
１６ ロボット
１８ ロボット制御装置
２０ 画像処理装置
２２ ロボットアーム
２４ 作業ツール
２６ カメラ
２８ 仮置き台
２９ 走行軸
３０、３２、３４ ネットワーク（ケーブル）
３６ 自動ドア
３８ 位置決め用治具
Ｐ１〜Ｐ４ パレット
Ｗ１、Ｗ２ ワーク
Claims (2)
- 少なくとも１つの数値制御工作機械と、工作機械の生産管理情報を管理する上位コンピュータと、前記数値制御工作機械に対して被加工物の供給および排出を行うロボットとを有するシステムにおいて、前記ロボットを制御するロボット制御装置であって、
前記数値制御工作機械から前記ロボット制御装置への加工開始通知の送信時、及び前記数値制御工作機械から前記ロボット制御装置へのワーク交換要求の送信時の少なくとも一方において、前記数値制御工作機械の生産管理情報の少なくとも一部が前記ロボット制御装置に送信され、
前記ロボット制御装置は、前記ロボット制御装置が前記数値制御工作機械から取得した生産管理情報と、前記ロボットに関連する生産管理情報とを集約した生産管理情報を前記上位コンピュータに送信する、ロボット制御装置。 - 少なくとも１つの数値制御工作機械と、工作機械の生産管理情報を管理する上位コンピュータと、前記数値制御工作機械に対して被加工物の供給および排出を行うロボットと、前記ロボットを制御するロボット制御装置とを有する加工システムであって、
前記数値制御工作機械から前記ロボット制御装置への加工開始通知の送信時、及び前記数値制御工作機械から前記ロボット制御装置へのワーク交換要求の送信時の少なくとも一方において、前記数値制御工作機械の生産管理情報の少なくとも一部が前記ロボット制御装置に送信され、
前記ロボット制御装置は、前記ロボット制御装置が前記数値制御工作機械から取得した生産管理情報と、前記ロボットに関連する生産管理情報とを集約した生産管理情報を前記上位コンピュータに送信する、加工システム。
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