JP7150297B2

JP7150297B2 - ワーク加工システム

Info

Publication number: JP7150297B2
Application number: JP2017227302A
Authority: JP
Inventors: 辰巳菱川
Original assignee: Startechno Co Ltd
Current assignee: Startechno Co Ltd
Priority date: 2017-11-28
Filing date: 2017-11-28
Publication date: 2022-10-11
Anticipated expiration: 2037-11-28
Also published as: JP2019093531A

Description

本発明は、加工済みワークの取出しや次に加工されるワークをセットするのに要する時間を短縮してワーク処理を効率的に行うことを可能にするワーク加工システムに関する。

本出願人は、例えば特許文献1に示すワーク支持装置を提案した。該ワーク支持装置は、ワークの長手方向中央部にて所定の高さで上記長手直交方向へ移動可能に設けられてワークの長手直交方向中心部裏面を保持する基準支持部材と、基準支持部材に対して長手直交方向の一方端側にて長手直交方向、長手方向及び上下方向へそれぞれ移動可能に設けられてワーク裏面の長手方向両側及び長手直交方向一方端側の各支持箇所をそれぞれ保持する２個の一方端側支持部材と、基準支持部材に対して長手直交方向の他方端側にて長手方向及び上下方向へそれぞれ移動可能に設けられてワーク裏面の長手方向両側をそれぞれ保持する２個の他方端側支持部材とを備え、基準支持部材を長手直交方向へ移動してワーク裏面における長手方向及び長手直交方向の中心部に位置させた状態で各一方端側支持部材を長手直交方向、長手方向及び上下方向へ、また各他方端側支持部材を長手方向及び上下方向へそれぞれ移動してワークを任意の姿勢で保持可能にしている。

該ワーク支持装置に支持されたワークに対し、該周縁のバリを切削除去するバリ取り処理、所定の箇所に孔を穿設する穿設処理等の各種加工を行う際に、作業者は先に加工された加工済みワークをワーク支持装置から取り外して装置外の場所に集積したりした後に次に加工されるワークをワーク支持装置にセットして加工を行う必要がある。このため、ワーク支持装置から加工済みワークを集積したりするまで、次のワークをセットすることができず、全体としての加工時間が長くなり、加工作業効率が悪くなる問題を有している。

特許第５７６６１５６号公報

解決しようとする問題点は、ワーク支持装置においては加工済みワークを取り出した後に次のワークをセットする必要があり、全体としてのワーク加工時間が長くなってワーク加工を作業効率が悪い点にある。

本発明の請求項１は、ワークの中央部を支持する第１の保持部材と、その第１の保持部材の周辺で前記ワークを支持する複数の第２の保持部材と、を有するワーク支持装置と、そのワーク支持装置近傍の第１の位置に配置され、前記ワーク支持装置によって支持された前記ワークを、連結された複数の第２のアームを前記第１の位置から伸ばして、前記ワークの上方から加工可能な多関節ロボットと、前記ワーク支持装置近傍であって、前記第１の位置とは異なる第２の位置に配置され、前記多関節ロボットにより加工された前記ワークを、前記ワーク支持装置から離間可能なワーク離間装置と、を備えたワーク加工システムにおいて、前記ワーク離間装置は、離間して配置された２本の第１のアームを水平方向に伸縮可能な水平機構部と、その水平機構部を上下方向に移動させるために当該上下方向に伸縮可能な昇降機構部と、を備え、前記水平機構部及び前記昇降機構部は、前記多関節ロボットによる加工時には、２本の前記第１のアームを、前記第２の位置において前記ワーク支持装置によって支持された前記ワークよりも下方の第１の高さに移動させ、前記多関節ロボットによる加工後には、２本の前記第１のアームを、前記第１の保持部材を挟んで前記第１の保持部材と前記第２の保持部材との間を通るように、前記第１の高さにおいて、前記第２の位置から前記水平方向に伸ばして、前記ワーク支持装置によって支持された前記ワークの下方に侵入させ、前記ワークを保持した後、前記多関節ロボットにより加工された前記ワークを前記ワーク支持装置から離間可能であることを特徴とする。

本発明は、加工済みワークを取り出し作業と次のワークをセットする作業とを効率的に行い、全体としてのワーク加工時間を短縮してワーク加工を効率的に行うことができる。

ワーク加工システムの概略を示す斜視図である。前方に位置するワーク支持機構を示す一部分解斜視図である。後方に位置するワーク支持機構を示す一部分斜視図である。中間部に位置するワーク支持機構を示す一部分斜視図である。持上げ装置の概略を示す略体斜視図である。持上げ装置の側面図である。持上げ装置の待機状態を示す説明図である。加工済みワークに対する持上げアームの進入状態を示す説明図である。持上げアームによる加工済みワークの持ち上げ状態を示す説明図である。加工済みワークを保持した持上げアームの後退状態を示す説明図である。

ワーク支持装置に支持（保持）されたワークの加工が終了した際に、持上げ装置の水平機構部を前進作動して持上げアームを加工済みワークの下方へ進入させる、持上げ装置の昇降機構部を作動して加工済みワークの下方に進入した持上げアームを上方へ移動して加工済みワークをワーク支持装置上方へ移動する、持上げ装置の水平機構部を後退作動して加工済みワークを支持した持上げアームをワーク支持装置上方から離間する位置へ移動し、ワーク支持装置に対し、次位のワークが搬入可能な空間を形成することを最良の実施形態とする。

以下、本発明に係るワーク加工システム及びワーク加工方法を図に基づいて説明する。図１乃至図４に示すように、ワーク加工システム１は、ワーク５を位置決め状態で保持（支持）するワーク支持装置３、該ワーク支持装置３の図示する後方に配置され、保持されたワーク５にバリ取り加工、穿設加工等の各種加工を実行する少なくとも１台の産業ロボット７（図は１台を配置した例を示す。）、ワーク支持装置３から加工済みのワーク５を上方へ持ち上げて次に加工されるワーク５をセット可能にする持上げ装置９から構成される。

上記ワーク支持装置３は、樹脂成形品である車両用パネルや車両用バンパー等の各種ワーク５を位置決めした状態で保持するもので、ワーク支持装置３は、以下のように構成される。

ワーク支持装置３における本体フレーム１１の図示する前方の左右方向両側には図示する前後方向へ延出する第１及び第２前後フレーム１３・１５がそれぞれ設けられ、各前後フレーム１３・１５には第１及び第２前後可動体１７・１９が前後方向へ移動可能に支持される。これら第１及び第２前後可動体１７・１９は対応する前後フレーム１３・１５に設けられた数値制御可能なサーボモータ等の第１及び第２電動モータ２１・２３に駆動連結された直動手段（図示せず）によりそれぞれ個別に前後方向へ往復移動される。

各第１及び第２前後可動体１７・１９には図示する左右方向へ延出する第１及び第２左右フレーム２５・２７の左右方向中間部が固定され、第１及び第２左右フレーム２５・２７には第１及び第２左右可動体２９・３１が左右方向へ移動可能に支持される。第１及び第２左右可動体２９・３１は第１及び第２左右フレーム２５・２７に設けられた数値制御可能なサーボモータ等の第３及び第４電動モータ３３・３５に駆動連結された直動手段（図示せず）によりそれぞれ個別に左右方向へ往復移動される。

上記第１及び第２左右可動体２９・３１には第１及び第２上下フレーム３７・３９がそれぞれ設けられ、第１及び第２上下フレーム３７・３９には第１及び第２上下可動体４１・４３が上下方向へ移動可能に支持される。第１及び第２上下可動体４１・４３は第１及び
第２上下フレーム３７・３９にそれぞれ設けられた数値制御可能なサーボモータ等の第５及び第６電動モータ４５・４７に駆動連結された直動手段（図示せず）により個別に上下方向へ移動される。

第１及び第２上下可動体４１・４３には第１及び第２取付けアーム４９・５１がそれぞれ設けられ、第１及び第２取付けアーム４９・５１の上部には加工処理されるワーク５の裏面に当接して弾性的に支持する弾性部材や負圧発生装置（図示せず）に接続されて吸着して保持する吸着部材、裏面に一体成形された突片（図示せず）把持する把持部材等の保持部材５３・５５がそれぞれ設けられる。

本体フレーム１１の図示する後方には図示する左右方向へ延出する第３左右フレーム５７が設けられ、第３左右フレーム５７には第３及び第４左右可動体６１・６３がそれぞれ左右方向へ個別に移動可能に支持される。そして第３及び第４左右可動体６１・６３には第３及び第４左右フレーム５７・５９に設けられた数値制御可能なサーボモータ等の第７及び第８電動モータ６５・６７に駆動連結された直動手段（図示せず）により個別に左右方向へ往復移動される。

上記第３及び第４左右可動体６１・６３には第３及び第４上下フレーム６９・７１がそれぞれ設けられ、第３及び第４上下フレーム６９・７１には第３及び第４上下可動体７３・７５がそれぞれ上下方向へ移動可能に支持される。上記第３及び第４上下可動体７３・７５は第３及び第４上下フレーム６９・７１に設けられた数値制御可能なサーボモータ等の第９及び第１０電動モータ７７・７９に駆動連結された直動手段（図示せず）によりそれぞれ個別に上下方向へ移動される。

上記第３及び第４上下可動体７３・７５には第３及び第４取付けアーム８１・８３がそれぞれ設けられ、第３及び第４取付けアーム８１・８３の上部には加工処理されるワーク５の裏面に当接して弾性的に支持する弾性部材や負圧発生装置（図示せず）に接続されて吸着して保持する吸着部材、裏面に一体成形された突片（図示せず）把持する把持部材等の他方端側支持部材を構成する保持部材８５・８７がそれぞれ設けられる。

本体フレーム１１の中央部には図示する前後方向へ延出する第３前後フレーム８９が固定され、該第３前後フレーム８９には第３前後可動体９１が前後方向へ移動可能に支持される。そして第３前後可動体９１は第３前後フレーム８９に設けられた数値制御可能なサーボモータ等の第１１電動モータ９３に駆動連結された直動手段（図示せず）により前後方向へ往復移動される。

上記第３前後可動体９１には第５取付けアーム９５が設けられ、該第５取付けアーム９５の上部には加工処理されるワーク５の裏面に当接して弾性的に支持する弾性部材や負圧発生装置（図示せず）に接続されて吸着して保持する吸着部材、裏面に一体成形された突片（図示せず）把持する把持部材等の基準支持部材を構成する保持部材９７が設けられる。

なお、上記した各直動手段としては送りねじ及びナット機構、送りベルト機構等の公知の往復移動機構であればよく、またこれら電動モータの代わりにリニアサーボにより往復移動機構を構成してもよい。また、ワーク支持装置３としては、特許第５７６６１５６号公報、特許第５８０８７６８号公報、特許第５９４３４９９号公報等に開示されたものであってもよい。

ワーク支持装置３の図示する後方の長手方向一方側には産業ロボット７が配置され、該産業ロボット７は、例えば連結された複数本のアーム９９をそれぞれ回動及び搖動して所定の加工動作を実行する従来公知の多関節型ロボットにより構成され、先端側のアーム９９先端部には電動モータの回転軸に連結されたエンドミル、ドリル等のワーク加工部材１０１が取り付けられる。

本例においては、ワーク支持装置３の図示する後方の長手方向一方側に１台の産業ロボット７を配置したワーク加工システム1を図示するが、ワーク支持装置３の図示する後方の長手方向両側に２台の産業ロボット７を配置した構成であってもよい。

なお、産業ロボット７による加工態様はエンドミルによるバリ取り加工やドリルによる穿孔加工に限定されるものではなく、例えばワークの外縁から突出した突片を切削除去するトリミング加工等のようにワーク５に応じて適宜選択されるワーク加工部材１０１により実行される。

図５及び図６に示すようにワーク支持装置３の図示する後方の長手方向中央部には、持上げ装置９がワーク支持装置３に保持されたワーク５に対して非干渉となるように配置される。該持上げ装置９は、昇降機構部１０３及び水平機構部１０５から構成される。該昇降機構部１０３の上下フレーム１０７はワーク支持装置３により最下方に位置した状態で保持されたワーク５の裏面に対して若干の間隔をおく高さで、上下可動体１０９が昇降可能に支持される。該上下可動体１０９は、上下方向に軸線を有して上下フレーム１０７に回転可能に軸支され、サーボモータ等の数値制御可能な第１２電動モータ１１１に連結された上下送りねじ（図示せず）が噛合され、第１２電動モータ１１１の駆動に伴って回転する上下送りねじにより上下フレーム１０７の高さに応じて昇降される。

上下可動体１０９には、上下フレーム１０７の高さに対応する上下長さからなる水平機構取付け体１１３の下端部が昇降可能に支持される。該水平機構取付け体１１３は、上下可動体１０９と同程度の上下長さからなる。

上下可動体１０９の上下端部には回転体（図示せず）がそれぞれ回転可能に軸支され、回転体間には、ベルト部材としてのタイミングベルト１１５が掛渡されている。該タイミングベルト１１５の一部は、上記上下フレーム１０７に、また該タイミングベルト１１５の他部は、上記水平機構取付け体１１３にそれぞれ固定される。そして上記タイミングベルト１１５は、上下フレーム１０７に対する上下可動体１０９の昇降に伴って走行し、該上下可動体１０９に対して水平機構取付け体１１３を昇降させる。即ち、水平機構取付け体１１３は、上下可動体１０９に対し、ほぼ２倍の速度及び距離（昇降量）で昇降される。

水平機構取付け体１１３の上端部には、上記水平機構部１０５が設けられる。該水平機構部１０５の水平フレーム１１７は、ワーク支持装置３に保持されたワーク５に対して非干渉となる長さで水平方向へ延出し、水平可動体１１９の図示する後端部が水平方向へ移動可能に支持される。該水平可動体１１９は、水平方向に軸線を有して端部が上記水平フレーム１１７に回転可能に軸支され、サーボモータ等の数値制御可能な第１３電動モータ１２１に連結された水平送りねじ（図示せず）が噛合され、第１３電動モータ１２１の駆動に伴って回転する送りねじにより水平可動体１１９が所定のストロークが水平移動される。

上記水平可動体１１９には、該水平可動体１１９と同程度の水平長さで、図示する左右方向に所定の間隔をおき、水平可動体１１９と同程度の水平長さからなる２本の持上げアーム１２３ａが固定されたアーム取付け可動体１２３が水平方向へ移動可能に支持される。上記２本の持上げアーム１２３ａの相互間隔は、ワーク支持装置３に設けられた第５上下フレーム９５の両側において非干渉になる間隔に設定される。また、持上げアーム１２３ａの上面には、ワーク５に対する摩擦係数を高めて位置ずれを防止すると共にワーク５に対する傷付きを防止する弾性体１２３ｂが取り付けられている。

水平可動体１１９の前後端部には回転体（図示せず）がそれぞれ回転可能に軸支され、回転体間には、ベルト部材としてのタイミングベルト１２５が掛渡されている。該タイミングベルト１２５の一部は、上記水平フレーム１１７に、また該タイミングベルト１２５の他部は、上記持上げアーム１２３にそれぞれ固定される。

そして上記タイミングベルト１２５は、水平フレーム１１７に対する水平可動体１１９の移動に伴って走行し、水平可動体１１９に対して持上げアーム１２３を水平方向へ移動させる。即ち、持上げアーム１２３は、水平可動体１１９に対し、ほぼ２倍の速度及び距離（昇降量）で移動される。

次に、上記のように構成されたワーク加工システム１によりワーク加工作用及び方法を説明する。なお、ワーク支持装置３によるワーク支持作用及び方法に付いては、特許第５７６６１５６号公報に開示された説明を援用し、省略する。

先ず、ワーク支持装置３に保持されたワーク５を産業ロボット７による加工時においては、持上げ装置９は、上下フレーム１０７に対して上下可動体１０９を下方位置に、また水平フレーム１１７に対して水平可動体１１９を図示する後退位置へそれぞれ移動してアーム取付け可動体１２３を待機位置へ移動させる。このとき、持上げアーム１２３ａは、ワーク支持装置３に保持されたワーク５最下端の高さ位置より若干下方の高さで、かつワーク５と非干渉の後退位置に移動され。（図７参照）

上記状態にてワーク支持装置３に保持されたワーク５に対する産業ロボット７による加工が終了して産業ロボット７から加工完了信号がワーク加工システム１の制御手段（図示せず）に出力されると、持上げ装置９は、第１３電動モータ１２１を駆動し、送りねじの回転に伴って水平フレーム１１７に対して水平可動体１１９を図示する前方向へ移動させる。

このとき、水平可動体１１９に図示する前後方向に掛渡され、一部が水平フレーム１１７に固定されたタイミングベルト１２５が水平可動体１１９の移動に伴って走行し、該タイミングベルト１２５の他部が固定されたアーム取付け可動体１２３を水平可動体１１９の移動距離及び速度の２倍で前方向へ移動して持上げアーム１２３ａをワーク支持装置３に保持された加工済みのワーク５の裏面側へ進入させる。（図８参照）

次に、上記状態にて第１２電動モータ１１１を駆動し、送りねじの回転に伴って上下フレーム１０７に対して上下可動体１０９を上方向へ移動させる。このとき、上下可動体１０９に図示する上下方向に掛渡され、一部が上下フレーム１０７に固定されたタイミングベルト１１５が上下可動体１０９の上昇に伴って走行し、該タイミングベルト１１５の他部が固定された水平機構取付け体１１３を上下可動体１０９の移動距離及び速度の２倍で上方へ移動させる。（図９参照）

ワーク支持装置３に保持された加工済みのワーク５は、裏面側に進入した持上げアーム１２３ａにより上方へ持ち上げられた後に、第１３電動モータ１２１を逆転駆動し、水平フレーム１１７に対して水平可動体１１９が図示する後方位置へ移動されると、水平可動体１１９の移動に伴ってアーム取付け可動体１２３を後方位置へ移動し、持上げアーム１２３ａに支持された加工済みのワーク５を後方へ移動させる。これによりワーク支持装置３の上方には、次に加工されるワーク５を搬入してセットするための空間が形成される。（図１０参照）

なお、作業者は、後方位置へ移動された加工済みのワーク５を持上げ装置９から取り外した後に、第１２電動モータ１１１を逆転駆動し、上下フレーム１０７に対して上下可動体１０９を下方向へ移動して待機させる。また、作業者は、持上げ装置９が待機状態へ遷移したタイミングで産業ロボット７を駆動制御してワーク支持装置３にセットされたワーク５に対する加工を開始させる。

本実施例は、ワーク５に所定の加工が施された後においては、ワーク支持装置３から加工済みワークを上方へ持ち上げて次に加工されるワーク５をワーク支持装置３へ搬入してセットする空間を形成してワーク支持装置３に次のワークをセット可能にすることができ、加工済みワーク５の取出し、次のワークセットを順に行う従来のシステムに比べてワーク５のセット時間を短縮することによりワーク加工作業を効率的に行うことができる。

上記説明の持ち上げ装置９は、その昇降機構部１０３及び水平機構部１０５をそれぞれ倍速機構とすることにより装置を小型化しているが、実施例に示す倍速機構とせずに上下方向に対して水平機構取付け体１１３を、また水平方向に対して持上げアーム１２３ａをそれぞれ所定のストロークで移動する機構としてもよい。

また、上記説明のワーク支持装置３は、ワーク５の長手直交方向の一方側に配置される保持部材５３・５５を長手方向、長手直交方向及び上下方向へ、またワーク５の長手直交方向の他方側に配置される保持部材８５・８７を長手方向及び上下方向へ、更に中央部に配置される保持部材９７を長手直交方向へそれぞれ移動可能にして大きさや形状が異なる各種ワークを支持（保持）可能にする構成としたが、本発明のワーク支持装置は本実施例に限定されるものではなく、例えば単一種類ワークを加工する際のワーク支持装置にあっては、予め設定された所定位置に少なくとも３個の保持部材を固定的に設けてワーク位置決め状態で支持（保持）する構成であってもよい。

更に、本実施例のワーク支持装置３に、特許第５９４３４９０号公報に示す把持部材を設け、ワーク５の長手直交方向両側にて長手方向両側を支持（保持）すると共にワーク５の長手方向両端部を固定して加工時に振動等によるワークの位置ずれを抑制可能にしたワーク支持装置であってもよい。

１ワーク加工システム
３ワーク支持装置
５ワーク
７産業ロボット
９持上げ装置
１１本体フレーム
１３・１５第１及び第２前後フレーム
１７・１９第１及び第２前後可動体
２１・２３第１及び第２電動モータ
２５・２７第１及び第２左右フレーム
２９・３１第１及び第２左右可動体
３３・３５第３及び第４電動モータ
３７・３９第１及び第２上下フレーム
４１・４３第１及び第２上下可動体
４５・４７第５及び第６電動モータ
４９・５１第１及び第２取付けアーム
５３・５５保持部材
５７第３左右フレーム
６１・６３第３及び第４左右可動体
６５・６７第７及び第８電動モータ
６９・７１第３及び第４上下フレーム
７３・７５第３及び第４上下可動体
７７・７９第９及び第１０電動モータ
８１・８３第３及び第４取付けアーム
８５・８７保持部材
８９第３前後フレーム
９１第３前後可動体
９３第１１電動モータ
９５第５取付けアーム
９７保持部材
９９アーム
１０１ワーク加工部材
１０３昇降機構部
１０５水平機構部
１０７上下フレーム
１０９上下可動体
１１１第１２電動モータ
１１３水平機構取付け体
１１５ベルト部材としてのタイミングベルト
１１７水平フレーム
１１９水平可動体
１２１第１３電動モータ
１２３アーム取付け可動体
１２３ａ持上げアーム
１２３ｂ弾性体
１２５ベルト部材としてのタイミングベルト

Claims

ワークの中央部を支持する第１の保持部材と、その第１の保持部材の周辺で前記ワークを支持する複数の第２の保持部材と、を有するワーク支持装置と、
そのワーク支持装置近傍の第１の位置に配置され、前記ワーク支持装置によって支持された前記ワークを、連結された複数の第２のアームを前記第１の位置から伸ばして、前記ワークの上方から加工可能な多関節ロボットと、
前記ワーク支持装置近傍であって、前記第１の位置とは異なる第２の位置に配置され、前記多関節ロボットにより加工された前記ワークを、前記ワーク支持装置から離間可能なワーク離間装置と、
を備えたワーク加工システムにおいて、
前記ワーク離間装置は、離間して配置された２本の第１のアームを水平方向に伸縮可能な水平機構部と、その水平機構部を上下方向に移動させるために当該上下方向に伸縮可能な昇降機構部と、を備え、
前記水平機構部及び前記昇降機構部は、前記多関節ロボットによる加工時には、２本の前記第１のアームを、前記第２の位置において前記ワーク支持装置によって支持された前記ワークよりも下方の第１の高さに移動させ、
前記多関節ロボットによる加工後には、２本の前記第１のアームを、前記第１の保持部材を挟んで前記第１の保持部材と前記第２の保持部材との間を通るように、前記第１の高さにおいて、前記第２の位置から前記水平方向に伸ばして、前記ワーク支持装置によって支持された前記ワークの下方に侵入させ、前記ワークを保持した後、前記多関節ロボットにより加工された前記ワークを前記ワーク支持装置から離間可能であることを特徴とするワーク加工システム。