JP6571419B2

JP6571419B2 - 加工設備

Info

Publication number: JP6571419B2
Application number: JP2015133548A
Authority: JP
Inventors: 徳行市村; 裕治中西; 忍松本; 秀康前江田; 村上　慎一; 慎一村上; 佐々木　大輔; 大輔佐々木
Original assignee: BBS KINMEI CO., LTD.
Current assignee: BBS KINMEI CO., LTD.
Priority date: 2015-07-02
Filing date: 2015-07-02
Publication date: 2019-09-04
Anticipated expiration: 2035-07-02
Also published as: JP2017013191A

Description

本発明は、工作機械と、ロボットと、安全フェンスと、工作物をストックするストッカとを備えている加工設備に関する。

フライス盤などの工作機械は、古くから実用に供されてきた。工作機械に工作物をセットする作業と、加工後の工作物を工作機械から外す作業は、従来、作業員の手で行われきた。
近年、省力化の一環で、工作物のセット及び取り外し作業を、ロボットに代替させる技術が提案されている（例えば、特許文献１（図１）参照）。

特許文献１の技術を図９に基づいて説明する。
図９は従来の加工設備の平面図である。
加工対象物である工作物１０１は、加工設備１００に複数個存在する。（Ｎ−１）、（Ｎ）、（Ｎ＋１）、（Ｎ＋２）工作物１０１のように、場所で区別し、識別する。

加工設備１００は、（Ｎ）工作物１０１の一端をクランプするテールストック１０２と、（Ｎ−１）工作物１０１の他端をチャックするヘッドストック１０３と、このヘッドストック１０３を回転する回転部１０４と、回転する工作物１０１を切り込むバイト１０５と、工作物１０１を運搬するロボット１０６とを要部とする設備である。

労働安全衛生法などの定めにより、ロボット１０６を安全フェンス１０７で囲い、ロボット１０６の旋回領域に、作業員が立ち入らないようにする。安全フェンス１０７を貫通するように搬入コンベア１０８と、搬出コンベア１０９とを設ける。

ロボット１０６は、搬入コンベア１０８上の先頭の（Ｎ＋１）工作物１０１を、掴みテールストック１０２まで移動する。テールストック１０２は、（Ｎ）工作物１０１の一端をチャックする。この間、一つ前の（Ｎ−１）工作物１０１は、ヘッドストック１０３により切削加工が施される。

ヘッドストック１０３が空くと、テールストック１０２がヘッドストック１０３に接近する。工作物１０１がテールストック１０２からヘッドストック１０３に移る。
ヘッドストック１０３により工作物１０１の切削加工が実施される。加工後、ロボット１０６は、（Ｎ−１）工作物１０１をヘッドストック１０３から搬出コンベア１０９へ移す。

ところで、搬入コンベア１０８に、（Ｎ＋１）工作物１０１や（Ｎ＋２）工作物１０１が直列に並んでいる。切削加工の速度に併せて、作業員は、搬入コンベア１０８に新たな（Ｎ＋３・・）工作物１０１を載せる必要がある。

昼の食事休憩中も、作業員は、搬入コンベア１０８へ新たな工作物１０１を載せることから、作業員の全てが休憩に入ることはできない。全員を休ませるには、搬入コンベア１０８を十分に長くする必要があり、設備が大型化する。

また、ロボット化に伴って、２４時間連続運転が検討される。しかし、夜間も作業員は搬入コンベア１０８へ新たな工作物１０１を載せるため、全員を帰すことはできない。

しかし、連続無人運転が求められる中、設備を大型化することなく、昼の休憩時間や夜間に、全ての作業員が現場から離れることが可能な加工設備が望まれる。

特開２００６−１２３０２６号公報

本発明は、昼の休憩時間や夜間に、全ての作業員が現場から離れることが可能な加工設備を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、工作物に機械加工を施す工作機械と、前記工作物を搬送するロボットと、前記工作機械及び前記ロボットを囲う安全フェンスと、この安全フェンスの一部をなし前記工作物をストックするストッカとを備えている加工設備において、
前記ストッカは、前記安全フェンスを水平に貫通する貫通部を複数備える棚と、前記貫通部に設けられ水平に延びるレールと、このレールで案内される引き出し状のスライダと、このスライダに着脱可能に載せられ前記工作物を支えるワークパレットとを備えており、
前記棚の外であって且つ前記ロボットに近い側を、前記棚より内側とし、遠い側を、前記棚より外側とするときに、前記スライダは、前記棚より外側と前記棚内との間を移動可能とされ、
前記棚は、前記棚内に位置する前記スライダで支えられている前記ワークパレットを、前記スライダからすくい上げ、前記棚内から前記棚より内側まで水平に移動するパレット移動機構をさらに備えており、前記棚より内側に位置する前記工作物を上から前記ロボットで把持させるようにしたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、棚は、貫通部が上下に複数段あると共に左右に複数個ある格子状棚であることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、棚は、貫通部を少なくとも１００個備えていることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、棚と工作機械の間に、工作物の寸法を測る寸法測定機構を備えていることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、安全フェンスの一部をストッカとした。ストッカは安全フェンスの面に沿って大型化することができ、複数の工作物をストックすることが可能となる。結果、加工設備を大型化することなく、多数の工作物をストックすることができ、一定時間全ての作業員が現場から離れることが可能となる。
加えて、請求項１に係る発明は、棚に、パレット移動機構を備えた。パレット移動機構を採用したことにより、レールやスライダの小型化が図れる。

請求項２に係る発明では、棚は格子状を呈しているため、より多数個の工作物をストックすることができる。

請求項３に係る発明は、棚は、少なくとも１００個の工作物をストックでき、夜間の無人化が可能となる。

請求項４に係る発明は、棚と工作機械の間に、工作物の寸法を測る寸法測定機構を備えた。棚へ多数個の工作物をストックするようにしたため、収納誤りが発生しやすくなる。そこで、工作機械にかける前に寸法を計測して、誤りがないことを確認するようにした。

本発明に係る加工設備の平面図である。図１の２矢視図（ストッカの正面図）である。スライダとワークパレットの分解斜視図である。スライダの平面図兼作用図である。パレット移動機構の斜視図である。パレット移動機構の作用図である。寸法測定機構の作用図である。ロボットに付属した押し棒の作用図である。従来の加工設備の平面図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。

図１に示すように、加工設備１０は、工作物１１に機械加工を施す工作機械２０と、工作物１１を搬送するロボット３０と、このロボット３０の旋回範囲に配置され工作物１１の寸法を測定する寸法測定機構４０と、ロボット３０の旋回範囲に配置され工作物１１を反転する反転機構４５と、工作機械２０、ロボット３０、寸法測定機構４０及び反転機構４５を囲う安全フェンス４８と、この安全フェンス４８の一部をなし工作物１１をストックするストッカ５０と、このストッカ５０の隣に配置され操作盤を兼ねる制御部４９と、工作物１１に添付された伝票１２に付されている識別コード１３を読み取り、この読み取り情報を制御部４９へ送るコードリーダ１４とを備えている。コードリーダ１４は、有線、無線の何れでもよい。

工作物１１は、金属板又はプラスチック板から荒切りされた直方体である。この工作物１１は、本発明により、六面を所定の粗さに仕上げると共にＡＢＣ（縦・横・長さ）寸法を、要求寸法に仕上げる。なお、工作物１１の材質や形状は任意である。

工作機械２０は、例えば、工作物１１を支えるテーブル２１と、テーブル２１上の工作物１１を上からテーブル２１へ押し付ける押圧部材２２と、テーブル２１を移動するテーブル移動シリンダ２３と、テーブル２１の側方に配置される左右の工具としてのフライス２４Ｌ、２４Ｒ（Ｌは左、Ｒは右を示す添え字である。以下同じ）と、フライス２４Ｌ、２４Ｒを回す回転機構２５Ｌ、２５Ｒと、回転機構２５Ｌ、２５Ｒを左右に移動する工具移動機構２６Ｌ、２６Ｒとを備える両面フライス盤である。工作機械２０は、研削盤、旋盤などであってもよく、種類は問わない。

なお、工作機械２０は、安全フェンス４８内に２基又はそれ以上配置しても良い。また、１基の工作機械２０内に、実施例では１組のフライス２４Ｌ、２４Ｒを配置したが、複数組のフライスを配置することは差し支えない。複数組のフライスの場合は、面取りフライスを含めることが望ましい。通常の平面切削に加えて面取りが行えるからである。

ロボット３０は、工作物１１を把持する一対の把持爪３１Ｌ、３１Ｒを有すると共に、押し棒３２を備えている。押し棒３２は、押し棒シリンダ３３により、使用時は突出し、非使用時は後退する。

ストッカ５０は、ロボット３０側の面に、パレット移動機構７０を備える。
ストッカ５０は、安全フェンス４８の面に沿って、安全フェンス４８の一部として配置されるため、長さや高さは十分に確保することができる。
以下の説明の便利のために、ストッカ５０の面に平行で水平な軸をｘ軸、このｘ軸に直交してストッカ５０を貫通する水平軸をｙ軸、図面表裏方向へ延びる鉛直軸をｚ軸とする。

識別コード１３には、工作物１１の縦、横、長さ（ＡＢＣ寸法）、仕上がり寸法、材質などの情報が含まれており、作業員は、コードリーダ１４を介してこれらの情報を制御部４９へ伝達する。制御部４９は、この情報に基づいて、ストッカ５０の収納箇所を決定し、ロボット３０、反転機構４５、工作機械２０を制御する。

図２に示すように、ストッカ５０の要部は棚５１であり、この棚５１は、水平に延びる多段の棚板５２と、鉛直に延びる支柱部５３とから構成される格子状棚である。
格子であるため、ｙ軸に沿って延びる貫通部５４を多数個備えている。
１つの貫通部５４に、１個の工作物１１が投入される。そのために、貫通部５４毎に、引き出し状のスライダ５５と、このスライダ５５に載せたワークパレット５６とを設けた。

図３に示すように、工作物１１は、六面を有する直方体の金属片である。ワークパレット５６は、平板５７と、この平板５７の下面から下方へ突出した複数の突起５８、５８と、平板５７の上面に立てた枠部材５９とからなる。加えて、平板５７の左右縁に下へ開いている切り欠き６１、６１を有する。

スライダ５５は、左右２本のレール６２Ｌ、６２Ｒに沿って移動する。スライダ５５は上面に複数の凹部６３、６３を有し、前面に取っ手６４を有する。この取っ手６４を操作することで、スライダ５５をレール６２Ｌ、６２Ｒに沿って前後にｙ軸に沿って移動させることができる。凹部６３、６３に突起５８、５８を嵌めるようにして、スライダ５５に、想像線で示すワークパレット５６を載せる。

図４（ａ）に示すように、スライダ５５を棚５１から一杯に引き抜いた状態で、作業員はワークパレット５６に工作物１１を載せる。そして、作業員は、取っ手６４を押すことで、図４（ｂ）に示すように、スライダ５５をｙ軸に沿って押し込む。結果、工作物１１は貫通部５４に収納される。この状態では、取っ手６４が棚５１から突出している。

図５に示すように、棚５１に備えられるパレット移動機構７０は、ｘ軸及びｚ軸方向へ移動する移動台７１と、この移動台７１の上に付設されｙ軸に沿って延びるレール７２Ｌ、７２Ｒと、これらのレール７２Ｌ、７２Ｒで案内されるスライダ７３と、このスライダ７３から棚５１へ延びる２本のフック７４Ｌ、７４Ｒと、スライダ５５をｙ軸に沿って移動する駆動部材７５とからなる。

パレット移動機構７０の作用を、図６に基づいて説明する。図６で、符号７６は、スライダ５５の上面線である。
図６（ａ）に示すように、引き出されたワークパレット５６に作業員の手で工作物１１が載せられる。
図６（ｂ）に示すように、ワークパレット５６及び工作物１１が、作業員の手で、棚５１内部へ収納状態とされる。

図６（ｃ）に示すように、フック７４Ｌ、７４Ｒの先端凸部が切り欠き６１に嵌った状態で、フック７４Ｌ、７４Ｒでワークパレット５６がすくい上げられる。
図６（ｄ）に示すように、フック７４Ｌ、７４Ｒがｙ軸に沿って移動し、ワークパレット５６及び工作物を棚５１から工作機械側へ引き出す。この状態で、把持爪３１Ｌ、３１Ｒで工作物１１をピックアップする。

図１にて、ロボット３０は、工作物１１を寸法測定機構４０へ移す。
寸法測定機構４０の構成は任意であるため、測定の原理だけを図７で説明する。

図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、寸法測定機構４０は、Ａ寸法測定子４１Ｌ、４１Ｒと、Ｂ寸法測定子４２Ｌ、４２Ｒと、Ｃ寸法測定子４３を備えている。
図７（ａ）にて、Ａ寸法測定子４１Ｌ、４１Ｒで、工作物１１のＡ寸法を測定する。
図７（ｂ）にて、Ｂ寸法測定子４２Ｌ、４２Ｒで、工作物１１のＢ寸法を測定する。
図７（ｃ）にて、Ｃ寸法測定子４３で、工作物１１のＣ寸法を測定する。
以上により、加工前の工作物１１のＡＢＣ寸法が測定できた。

ところで、作業員の手で、工作物１１を棚５１に収める場合、ヒューマンエラーにより、収納場所を間違えることがあり得る。そこで、寸法測定機構４０で測定したＡＢＣ寸法と、図１のコードリーダ１４で読み取ったＡＢＣ寸法とが合致するか否かを制御部４９で確認する。

合致していれば、制御部４９の指令を受けたロボット３０は、図８（ａ）に示すように、工作物１１をテーブル２１へ移載する。
合致していなければ、制御部４９は警報を発し、作業を中断するなどの処置を講じる。

図８（ａ）に示すように、寸法の確認がなされた工作物１１は、把持爪３１Ｌ、３１Ｒによりテーブル２１に載せられる。

ところで、把持爪３１Ｌ、３１Ｒが工作物１１に付着することがある。金属板又はプラスチック板から直方体を荒切りするときに、バリが残り、このバリが把持爪３１Ｌ又は３１Ｒに引っ掛かる。
この状態で、把持爪３１Ｌ、３１Ｒを工作物１１から分離すると、工作物１１が横ずれすることがある。

対策として、図８（ｂ）に示すように、押圧部材２２で工作物１１をテーブル２１に押圧する（矢印（１））。次に、把持爪３１Ｌ、３１Ｒを工作物１１から分離する（矢印（２））。押圧部材２２で工作物１１が拘束されているため、工作物１１が横ずれする心配はない。

図８（ｃ）に示すように、切削液ノズル７７から切削液７８を工作物１１へ噴射しながら、想像線で示すフライス２４Ｌ、２４Ｒで工作物１１の側面を切削加工する。工作物１１と押圧部材２２の間に切削液７８が侵入する。この切削液７８が接着作用を発揮するため、切削加工後に、押圧部材２２を上げると、この押圧部材２２に工作物１１が連れて上がり、工作物１１の位置がずれる。

対策として、図８（ｄ）に示すように、ロボットに付属する押し棒３２で工作物１１をストッパ２１ａへ押圧する（矢印（３））。この状態で、押圧部材２２を上げる（矢印（４））。押し棒３２の抑え作用により、工作物１１が上がる心配はない。
この後、押し棒３２を外し、把持爪３１Ｌ、３１Ｒで、工作物１１をテーブル２１からピックアップする。

図１にて、反転機構４５で、工作物１１の向きを変え、テーブル２１へ移し、別の面の切削を同手順で実施する。六面の切削が完了した工作物１１は、ロボット３０及びパレット移動機構７０で、棚５１の元の位置に戻される。作業員は、図６（ｂ）→図６（ａ）の手順で、加工済みの工作物１１を、回収する。

図１において、工作機械２０は、毎時ｎ個の工作物１１を処理する。日中作業時間を１０時間とすると、（２４−１０）×ｎ＋αの計算により、１００の値が算出された場合は、ストッカ５０に１００個の工作物１１をストックするようにする。結果、夜間に工作物１１をストッカ５０に補充することなく、連続無人運転が可能となる。すなわち、一定時間（休憩時間や夜間など）全ての作業員が現場から離れることが可能となる。

ｎが大きい場合には、ストッカ５０に２００〜４００個の工作物１１をストックするように、格子状棚の形状を決定すればよい。

本発明は、金属又はプラスチックの直方体を、所定の寸法に仕上げる加工設備に好適である。

１０…加工設備、１１…工作物、２０…工作機械、２４Ｌ、２４Ｒ…工具（フライス）、３０…ロボット、４０…寸法測定機構、４８…安全フェンス、５０…ストッカ、５１…棚、５４…貫通部、５５…スライダ、５６…ワークパレット、６２Ｌ、６２Ｒ…レール、７０…パレット移動機構。

Claims

工作物に機械加工を施す工作機械と、前記工作物を搬送するロボットと、前記工作機械及び前記ロボットを囲う安全フェンスと、この安全フェンスの一部をなし前記工作物をストックするストッカとを備えている加工設備において、
前記ストッカは、前記安全フェンスを水平に貫通する貫通部を複数備える棚と、前記貫通部に設けられ水平に延びるレールと、このレールで案内される引き出し状のスライダと、このスライダに着脱可能に載せられ前記工作物を支えるワークパレットとを備えており、
前記棚の外であって且つ前記ロボットに近い側を、前記棚より内側とし、遠い側を、前記棚より外側とするときに、前記スライダは、前記棚より外側と前記棚内との間を移動可能とされ、
前記棚は、前記棚内に位置する前記スライダで支えられている前記ワークパレットを、前記スライダからすくい上げ、前記棚内から前記棚より内側まで水平に移動するパレット移動機構をさらに備えており、前記棚より内側に位置する前記工作物を上から前記ロボットで把持させるようにしたことを特徴とする加工設備。
前記棚は、前記貫通部が上下に複数段あると共に左右に複数個ある格子状棚であることを特徴とする請求項１記載の加工設備。
前記棚は、前記貫通部を少なくとも１００個備えていることを特徴とする請求項２記載の加工設備。
前記棚と前記工作機械の間に、前記工作物の寸法を測る寸法測定機構を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の加工設備。