JP7204309B2 - 孔開け加工システム - Google Patents

Description

本開示は、円筒形のワークの周方向の複数位置に貫通孔を打ち抜き加工する孔開け加工システムに関する。

従来、この種の孔開け加工システムとして、複数のダイ及びパンチを備え、ワークを複数のダイに順次移動して孔開け加工を行うものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３－１９１０９８号公報（図４，図９，図１０）

しかしながら、上述した従来の孔開け加工システムでは、ダイから別のダイに移動する際に各ダイに対するワークの位置がばらつき、それが原因となってワークにおける貫通孔同士の間隔がばらつくことが問題になっていた。

上記課題を解決するためになされた請求項１の発明は、円筒形のワークの周方向の複数位置に貫通孔を打ち抜き加工する孔開け加工システムであって、基端部を固定され、先端側から前記ワークが外側に嵌合されるダイと、前記ダイの側面に開口する打抜孔に対して進退するパンチと、前記パンチを駆動するパンチ駆動部と、未加工のワークを支持する未加工ワーク支持部と、移動基準軸の回りに複数の把持部材を有し、それら複数の把持部材を前記ワークの側面に押し付けて前記ワークを把持しかつ前記ワークの中心軸を前記移動基準軸と一致するように芯出しする把持ツールと、ロボット本体の先端部に前記把持ツールを装着してなり、前記把持ツールを移動しかつ前記移動基準軸を中心に回転させることが可能なロボットと、前記把持ツールに把持された前記ワークの中心軸の前記移動基準軸に対する芯ズレ量及び芯ズレ方向を計測する芯ズレ計測部と、前記ロボットと前記把持ツールと前記パンチ駆動部とを制御する制御部と、前記未加工ワーク支持部の前記ワークを前記把持ツールで把持して前記芯ズレ計測部により前記芯ズレ量及び前記芯ズレ方向を計測する計測処理と、前記移動基準軸を前記ダイに設定されたダイ基準軸に一致させて前記ワークを前記ダイに嵌合する嵌合処理と、前記ワークを把持したまま前記パンチにて前記ワークに前記貫通孔を打ち抜き、前記移動基準軸を中心に前記把持ツールを前記ワークと共に回転させてから再度前記パンチにて前記ワークに前記貫通孔を打ち抜く回転打抜処理と、を前記ロボット、前記把持ツール及び前記パンチ駆動部に行わせるための基本動作プログラムを記憶するメモリと、前記制御部が前記基本動作プログラムを実行する度に、前記嵌合処理で前記移動基準軸を前記ダイ基準軸に一致させる位置制御用の目標位置データを、前記計測処理による計測結果を利用して、前記ワークの中心軸を前記ダイ基準軸に一致させる位置制御用の目標位置データに補正する第１補正部と、前記制御部が前記基本動作プログラムを実行する度に、前記回転打抜処理で前記移動基準軸を中心に前記把持ツールを回転させる位置制御用の目標位置データを、前記計測処理による計測結果を利用して、前記ワークの中心軸を中心に前記把持ツールを回転させる位置制御用の目標位置データに補正する第２補正部と、を備える孔開け加工システムである。

請求項２の発明は、前記第１補正部及び前記第２補正部は、前記芯ズレ量が予め設定された基準ズレ量以上であることを条件にして前記補正を行う請求項１に記載の孔開け加工システムである。

請求項３の発明は、前記芯ズレ計測部は、前記把持ツールに把持された前記ワークが配置されて、前記移動基準軸回りに１回転以上回転される計測エリアと、前記計測エリアの前記ワークの側面に対向するように配置され、前記ワークの側面までの距離を計測する距離センサと、前記ワークの回転位置に応じた前記距離の相違に基づいて前記芯ズレ量及び前記芯ズレ方向を演算するズレ演算部と、を有する請求項１又は２に記載の孔開け加工システムである。

請求項４の発明は、前記未加工ワーク支持部は、前記ダイ基準軸と平行な原点軸に前記ワークを芯出しして支持し、前記制御部は、前記未加工ワーク支持部の前記ワークを前記把持ツールに把持させるときに、前記移動基準軸を前記原点軸と一致させるように前記ロボットを制御する請求項１から３の何れか１の請求項に記載の孔開け加工システムである。

請求項５の発明は、前記ダイ基準軸及び前記原点軸及び前記移動基準軸は、上下方向と平行に配置され、前記ロボット本体は、スカラー型であって、固定ベースに基端部を回転可能に支持されて鉛直軸を中心に回転駆動される第１アームと、前記第１アームの先端部に基端部を回転可能に支持されて鉛直軸を中心に回転駆動されると共に先端部を前記移動基準軸が貫通する第２アームと、前記第２アームの先端部に回転可能かつ直線移動可能に支持されて前記移動基準軸を中心に回転駆動されかつ前記移動基準軸の軸方向にスライド駆動される下向きの出力テーブルと、を有し、前記把持ツールは、前記複数の把持部材を下面に放射状に配置して備えると共に上面に駆動源を有する駆動源付チャックであって、前記出力テーブルの下面に固定されている請求項４に記載の孔開け加工システムである。

請求項１の孔開け加工システムによれば、ロボットの把持ツールがワークを把持した状態で、ワークに貫通孔を打ち抜くので、ワークの周方向の貫通孔同士の間隔のばらつきが従来より抑えられる。また、同じダイ及びパンチを使用してワークの周方向の複数位置に貫通孔を打ち抜くので、同様の加工に複数のダイ及びパンチを使用していた従来のものに比べて、ダイ及びパンチの有効利用が図られる。ここで、把持ツールは、把持したワークの中心軸と把持ツールの移動基準軸とが一致するように芯出しするが、芯ズレが生じる場合がある。これに対し、本開示の孔開け加工システムでは、ワークの移動基準軸に対する芯ズレ量及びその芯ズレ方向を計測し、その計測結果を利用してワークの中心軸をダイ基準軸に一致させるように位置制御用の目標位置データを補正するので、ワークの移動基準軸に対する芯出しのばらつきの影響が抑えられる。

請求項２の孔開け加工システムでは、ワークの中心軸の移動基準軸に対する芯ズレ量が予め設定された基準ズレ量以上であることを条件として上記補正が行われ、ずれ量が基準ずれ量より小さければ上記補正を行われないので、演算処理の負担が軽減される。

なお、芯ズレ計測部としては、例えば、把持ツールに把持されたワークを軸方向からカメラで撮影して画像処理により芯ズレ量及び芯ズレ方向を演算してもよいし、請求項３の構成のように、把持ツールに把持されたワークを移動基準軸回りに１回転以上回転させながら、ワークに側方から対向する距離センサによりワークの側面までの距離を計測して芯ズレ量及び芯ズレ方向を求めてもよい。

請求項４の孔開け加工システムでは、未加工ワーク支持部がワークを芯出しして支持し、未加工ワーク支持部のワークを把持ツールに把持させるときに、把持ツールを未加工ワーク支持部に対して芯出しするので、把持ツールでワークを把持したときのワークの芯出しが安定する。

ロボット本体は、どのような構造のものでもよいが、請求項５の構成のように、スカラー型であれば、他のタイプのロボットより小型、低コストにすることができる。

本開示の一実施形態に係る加工済みワークの側面図 孔開け加工システム全体の斜視図 孔開け加工機の断面図 ガイド付きダイの平断面図 孔開け加工機及びパーツフィーダーの斜視図 把持ツールの斜視図 パーツフィーダーの平面図 パーツフィーダーの斜視図 第１堰止部材及び第２堰止部材の動作を説明するための平面図 孔開け加工システムのブロック図 ロボットを下側から見た斜視図 芯ズレした状態の把持ツールとワークの概念図 芯ズレした状態の把持ツールとワークの概念図 芯ズレした状態の把持ツールとワークの概念図 孔開け加工機の制御構成を示すブロック図

以下、図１～図１５を参照して一実施形態に係る孔開け加工システム１０について説明する。図１には、本実施形態の孔開け加工システム１０の加工対象であるワーク９０が示されている。このワーク９０は、円筒壁９１の上端を底壁９３で閉塞した構造をなし、その上下方向の中間部を周方向で複数等分（例えば、９等分）する位置に貫通孔９２が孔開け加工システム１０によって打ち抜き加工される。

図２に示すように、本実施形態の孔開け加工システム１０は、孔開け加工機２０、ロボット６０、パーツフィーダー４０等を支持盤１１上に備えてなる。支持盤１１は、横長の長方形状をなしている。以下、支持盤１１の長辺方向を「横方向Ｈ１」といい、支持盤１１の短辺方向を「前後方向Ｈ２」といい、さらには、横方向Ｈ１の一端側を単に「左側」、その反対側を単に「右側」といい、前後方向Ｈ２の一端側を単に「前側」、その反対側を単に「後側」ということとする。

支持盤１１の上面のうち横方向Ｈ１の中央より左側には、第１支持台１３と第２支持台１４とが前後に並べて固定されている。また、後側の第２支持台１４は、前側の第１支持台１３より高く、その第２支持台１４の上面にロボット６０が固定され、第１支持台１３の上面に孔開け加工機２０のダイホルダ２１が固定されている。

ダイホルダ２１は、外形が直方体状をなし、その内部に図３に示したガイド付きダイ２２が保持されている。ガイド付きダイ２２は、ダイ２３とガイドスリーブ２４とからなり、ダイ２３は、平面形状が長方形をなしたベース部２３Ａの上面中央から円筒部２３Ｂが起立した構造をなしている。また、円筒部２３Ｂの下端部には、段付き状に拡径された大径部２３Ｃが備えられ、円筒部２３Ｂの中心孔２３Ｈは、ベース部２３Ａの下面まで延びている。

ガイドスリーブ２４は、図４（Ａ）に示すように、平面形状がベース部２３Ａと同一の長方形をなした角柱体の中央部を断面円形の中央孔２４Ａが上下に貫通し、図３に示すように、上面からは中央孔２４Ａと同心のボス２４Ｂが段付き状に突出した構造をなしている。また、中央孔２４Ａの下端部には、段付き状に拡径した大径部２４Ｃが備えられ、ガイドスリーブ２４の下面には高さ調整突部２４Ｇが備えられている。

そして、ガイドスリーブ２４の中央孔２４Ａに、ダイ２３の円筒部２３Ｂが挿入されて、両者の大径部２３Ｃ，２４Ｃ同士の嵌合当接により両者が芯出しされ、両者間に筒状のワーク受容空間２２Ｗが形成されている。また、高さ調整突部２４Ｇとベース部２３Ａとの当接によりダイ２３に対してガイドスリーブ２４が上下方向で位置決めされ、ダイ２３と上面とガイドスリーブ２４の上面とが面一に配置されている。なお、高さ調整突部２４Ｇは、必要に応じて研削されてガイドスリーブ２４のダイ２３に対する高さ調整が行われる。

ガイド付きダイ２２は、ダイホルダ２１に形成された断面長方形の受容孔２１Ｚに嵌合されて回り止めされ、ダイホルダ２１の上面壁２１Ｗを貫通する貫通孔２１Ｋに、ガイド付きダイ２２のボス２４Ｂが嵌合されてダイホルダ２１の上面とガイド付きダイ２２の上面とが面一に配置されている。また、ダイホルダ２１にダイ２３の中心孔２３Ｈから下方に延びる排出孔２１Ｈが形成されると共に、第１支持台１３に排出孔１３Ｈが形成され、これら排出孔１３Ｈ，２１Ｈが支持盤１１に形成された図示しない貫通孔を貫通して回収ボックスに臨んでいる。

ガイド付きダイ２２の上端寄り位置には、ダイ２３とガイドスリーブ２４とを径方向に貫通して前後方向に延びる打抜孔２２Ｈが形成されている。また、ダイホルダ２１のうちガイド付きダイ２２より前側部分には、打抜孔２２Ｈの同軸延長線上に打抜孔２２Ｈより内径が大きなパンチガイド孔２１Ｇが形成され、そこにパンチ３１が受容されている。

パンチ３１は、パンチガイド孔２１Ｇに丁度嵌合されて直線移動可能に支持されている丸棒体の先端部を、打抜孔２２Ｈに丁度嵌合される大きさに縮径する一方、基端部を段付き状に拡径した形状をなしている。そして、パンチ３１の基端部が、孔開け加工機２０のパンチ駆動装置３０（特許請求の範囲の「パンチ駆動部」に相当する）に保持されている。

図５に示すように、パンチ駆動装置３０は、第１支持台１３の上面のうちダイホルダ２１より前側位置に固定されたスライド支持部３４に、前後方向Ｈ２に延びるスライダ３３の一端部をスライド可能に支持して備える。また、スライダ３３の他端部は、第１支持台１３より前方に張り出し、その下面に固定された係合ブロック３３Ｇが、第１支持台１３の前面から張り出す上側支持片３５Ａの上面に重ねられている。そして、例えば、係合ブロック３３Ｇの下面に形成された図示しないカム溝に、上側支持片３５Ａに回転可能に支持されて偏心回転する図示しないカムが係合し、そのカムが上側支持片３５Ａの下方の下側支持梁３５Ｂに支持されたサーボモータ３０Ｍにて回転駆動されるようになっている。これにより、パンチ３１がスライダ３３と共に前後方向Ｈ２に往復直線移動し、ダイ２３の打抜孔２２Ｈに進退する。詳細には、パンチ３１は、図３に示すように、ダイ２３の打抜孔２２Ｈから退避してパンチ３１の先端面３１Ｓがガイドスリーブ２４の打抜孔２２Ｈ内に位置する退避位置と、ダイ２３の打抜孔２２Ｈに突入してパンチ３１の先端面３１Ｓがダイ２３の中心孔２３Ｈ内に位置する突入位置との間を往復移動する（図４（Ａ）参照）。

図２に示すように、ロボット６０は、スカラー型の汎用のロボット本体６０Ｈに把持ツール７０を取り付けてなる。ロボット本体６０Ｈは、前述の第２支持台１４の上面に固定される固定ベース６１と、固定ベース６１に連結されてその連結部分から水平に延び、固定ベース６１に対して鉛直軸を中心にして回転駆動される第１アーム６２と、第１アーム６２の先端部に連結されてその連結部分から水平に延び、第１アーム６２に対して鉛直軸を中心にして回転駆動される第２アーム６３と、第２アーム６３の先端部を上下に貫通するシャフト部６４の下端に配置されて、シャフト部６４と共に第２アーム６３に対して上下に直線移動されかつ任意の高さで回転駆動される出力テーブル６５とを備えてなる。

以下、ロボット６０の駆動部を説明する際には、固定ベース６１に対して第１アーム６２を回転駆動する駆動軸を「第１回転駆動軸」、第１アーム６２に対して第２アーム６３を回転駆動する駆動軸を「第２回転駆動軸」、第２アーム６３に対して出力テーブル６５を回転駆動する駆動軸を「第３回転駆動軸」、第２アーム６３に対して出力テーブル６５を上下に昇降させる駆動軸を「直線駆動軸」ということとする。

図６に示すように、把持ツール７０は、汎用的なチャック７１の上面に減速機７２Ｇとサーボモータ７２とを重ねて組み付けてなり、ブラケット７９を介してロボット本体６０Ｈの出力テーブル６５に取り付けられている。

具体的には、チャック７１は、例えば、円盤状のチャックベース７１Ａの下面の中心軸回りに、複数（例えば、３つ）の把持部材７４を放射状に配置して備える。そして、これら把持部材７４がサーボモータ７２から動力を受けて均等にチャックベース７１Ａの中心軸に対して接近及び離間する。これにより、チャック７１の中央部に配置されたワーク９０が複数の把持部材７４により把持されると共に、ワーク９０の中心軸がチャック７１の中心軸と一致するように芯出しされる。以下、複数の把持部材７４をチャックベース７１Ａの中心軸側に移動することを「チャック７１を閉じる」といい、その反対側に移動することを「チャック７１を開く」という。

ブラケット７９は、Ｌ字形に屈曲した平板状をなし、その一方の片がサーボモータ７２の一側面に重ねて固定され、他方の片が、サーボモータ７２、減速機７２Ｇを挟んでチャック７１に対して上方から対向するように取り付けられている。そして、ブラケット７９の他方の片がロボット本体６０Ｈの出力テーブル６５の下面に重ねられ、前述のチャックベース７１Ａの中心軸と出力テーブル６５の中心軸とが一致するように位置決めされて固定されている。そして、これらチャック７１及び出力テーブル６５に共通する中心軸が、特許請求の範囲における移動基準軸Ｊ３になっている。また、前述したダイ２３の中心軸は、特許請求の範囲におけるダイ基準軸Ｊ２をなしている。そして、例えば、ダイホルダ２１に備えた図示しない姿勢調整機構により、移動基準軸Ｊ３とダイ基準軸Ｊ２とが平行になるようにダイ２３の姿勢が調整されている。

図５示すように、パーツフィーダー４０は、孔開け加工機２０の右側方に配置され、横方向Ｈ１に水平に延びるベルトコンベア４１を備えて孔開け加工機２０へと複数のワーク９０を搬送する。そのベルトコンベア４１は、幅方向（前後方向Ｈ２）の両側に１対のサイドバー４１Ｂを有し、それらの間に差し渡された複数の図示しないローラを覆うようにベルト４１Ａが張られている。そして、ベルトコンベア４１は，１対のサイドバー４１Ｂの一端部を第１支持台１３の上面に固定されると共に、１対のサイドバー４１Ｂの長手方向の複数位置を、複数の支持スタンド４１Ｃに支持されている。それら複数の支持スタンド４１Ｃは、支持盤１１又は支持盤１１から側方に張り出す延長板１１Ｅから起立している。

ベルト４１Ａの上方には、１対のガイドレール４２が備えられている。１対のガイドレール４２は、横方向Ｈ１に延びる帯板状をなして、長手方向の複数位置を複数の支持ブラケット４５によって支持され、ワーク９０の外径と略同一の間隔を空けて前後方向Ｈ２で対向している。そして、ベルト４１Ａ上に起立した状態で搬送される複数のワーク９０が、１対のガイドレール４２の間のワーク移動領域Ｒ１を移動することで、一列に整列されて孔開け加工機２０側へと移動する。

なお、各支持ブラケット４５は、１対のサイドバー４１Ｂに固定されてそれらの上方に突出する１対の支持ブロック４４から１対の支持パイプ４３が互いに接近するように延びた構図をなし、それら支持パイプ４３の先端に１対のガイドレール４２が固定されている。また、１対のガイドレール４２は、ベルト４１Ａ上で起立するワーク９０より低くなっている。

ベルト４１Ａにおける左側（孔開け加工機２０側の端部）の上方には、特許請求の範囲の「未加工ワーク支持部」に相当するワークストッパー５０が設けられている。ワークストッパー５０は、１対のサイドバー４１Ｂの間に架け渡されて、ガイドレール４２と略同一の高さとなる位置に配置されている。そして、図７に示すように、１対のガイドレール４２がワークストッパー５０に側方から突き合われ、ワークストッパー５０のうちワーク移動領域Ｒ１の延長上には、ワーク位置決凹部５１が形成されている。

ワーク位置決凹部５１の内面は、その奥側に位置してワーク９０の外径と略同一の内径の半円状をなした芯出し当接面５１Ａと、芯出し当接面５１Ａの両端からワーク位置決凹部５１の開口に向かうに従って互い僅かに離れるように横方向Ｈ１に対して傾斜した１対の第２ガイド面５１Ｂと、さらに１対の第２ガイド面５１Ｂからワーク位置決凹部５１の開口に向かうに従って急な勾配で互い僅かに離れるように横方向Ｈ１に対して傾斜した１対の第１ガイド面５１Ｃとからなる。そして、芯出し当接面５１Ａの中心軸が特許請求の範囲の原点軸Ｊ１をなし、ワーク９０が芯出し当接面５１Ａに押し付けられることで、ワーク９０の中心軸が原点軸Ｊ１と一致するように芯出しされる。なお、ワークストッパー５０には、ワーク位置決凹部５１内にワーク９０が位置するか否かを検出するためのワーク検出センサ５０Ｓが備えられている。

図８に示すように、１対のガイドレール４２に案内されて一列に並べられてワーク位置決凹部５１に向かう複数のワーク９０から先頭のワーク９０だけを離してワーク位置決凹部５１に受容するために、ベルトコンベア４１のうちワークストッパー５０より手前位置には、第１堰止部材５２が設けられ、その第１堰止部材５２より更に手前位置には、第２堰止部材５５が設けられている。

第１堰止部材５２は、ベルトコンベア４１の前側に配置されたエアーアクチュエータ５８のスライダ５８Ｓに取り付けられてワーク移動領域Ｒ１に対して前側から進退し、第２堰止部材５５は、ベルトコンベア４１の後側に配置されたエアーアクチュエータ５９のスライダ５９Ｓに取り付けられて、ワーク移動領域Ｒ１に対して後側から進退する。なお、エアーアクチュエータ５８，５９は、前側のサイドバー４１Ｂの側面と、後側のサイドバー４１Ｂの側面とに分けられて固定されている。

第１堰止部材５２及び第２堰止部材５５は、前後方向Ｈ２に延びる同一の帯板形状になっていて、ワークストッパー５０及びガイドレール４２の僅かに上方に位置してワーク移動領域Ｒ１に進退する。また、図７に示すように、第１堰止部材５２及び第２堰止部材５５のうちワーク移動領域Ｒ１側となる先端部には、幅方向の中央にＶ形凹部５３が形成され、そのＶ形凹部５３の１対の内側斜面５３Ａ，５３Ｂから折り返されるようにＶ形凹部５３の両側に１対の外側斜面５４Ａ，５４Ｂが形成され、全体が左右対称な形状になっている。なお、Ｖ形凹部５３の１対の内側斜面５３Ａ，５３Ｂの開き角は９０度で、Ｖ形凹部５３の内側斜面５３Ａ（５３Ｂ）と隣合う外側斜面５４Ａ（５４Ｂ）との間の交差角も９０度になっている。

ベルトコンベア４１は、その前面に備えた電源ボックス４１Ｚ（図２参照）のスイッチにてオンオフされ、孔開け加工システム１０の運転中は、ベルトコンベア４１がオンされてベルト４１Ａが一定速度でワーク９０を送給し続ける。また、第１堰止部材５２及び第２堰止部材５５を保持するエアーアクチュエータ５８，５９は、後述する制御部８０によって以下のように制御される。

孔開け加工システム１０が動作を開始する前の初期状態では、例えば、図７に示すように、第１堰止部材５２及び第２堰止部材５５が共にワーク移動領域Ｒ１側に突入していて、第１堰止部材５２の一方の外側斜面５４Ａが、ワーク位置決凹部５１内に位置する先頭のワーク９０に当接すると共に、他方の外側斜面５４Ｂが先頭から２番目のワーク９０に当接する。また、第２堰止部材５５の外側斜面５４Ａと内側斜面５３Ａ，５３Ｂと外側斜面５４Ｂとは、２番目、３番目、４番目のワーク９０に当接する。

この初期状態で、孔開け加工システム１０が動作を開始し、図９（Ａ）に示すように、ワーク位置決凹部５１からワーク９０が抜き取られると、そのことがワーク検出センサ５０Ｓ（図７参照）によって検出され、その検出結果に基づき、図９（Ｂ）に示すように、第１堰止部材５２がワーク移動領域Ｒ１から後退して、新たに先頭になったワーク９０がワーク位置決凹部５１内までベルトコンベア４１によって前進する。その間、新たな２番目以降のワーク９０は、第２堰止部材５５によって堰き止められている。

そして、その新たな先頭のワーク９０がワーク位置決凹部５１に受容されたことがワーク検出センサ５０Ｓによって検出されると、図９（Ｃ）に示すように、第１堰止部材５２がワーク移動領域Ｒ１に突入してワーク位置決凹部５１内のワーク９０に一方の外側斜面５４Ａを押し付け、その後、第２堰止部材５５が後退する。すると、新たな２番目のワーク９０がベルトコンベア４１によって前進して第１堰止部材５２の外側斜面５４Ｂに当接する。それと略同時又はその後に、第２堰止部材５５が前進し、初期状態に戻る。そして、この動作が繰り返されることで、前述の通り、一列に並んだ複数のワーク９０のうち先頭のワーク９０が後続のワーク９０から離されてワーク位置決凹部５１に受容される。

図５に示すように、パーツフィーダー４０の後方には、加工済みのワーク９０を回収するためのシュート１２が設けられている。シュート１２は、板金を角溝構造に折り曲げてなり、横方向Ｈ１に傾斜して延び、第１支持台１３側の方が高くなっている。また、シュート１２の下端は、他端部が支持盤１１に形成された開口を通して図示しないワーク収容ボックスに斜め上方から臨んでいる。

図５に示すように、本実施形態の孔開け加工システム１０では、例えば、ダイホルダ２１の上方空間が計測エリアＲ２になっていて、その計測エリアＲ２の後ろ側方には、非接触式の距離センサ９４が配置されてブラケット９４Ｋにて第１支持台１３に固定されている。そして、ロボット６０が把持ツール７０にてワーク９０を把持し、後述の第３位置に移動するように位置制御されると、ダイ基準軸Ｊ２と移動基準軸Ｊ３とが一致した状態でワーク９０が計測エリアＲ２内に配置され、距離センサ９４にてワーク９０の側面までの距離を計測することが可能になる。

図１０には、孔開け加工システム１０の制御部８０が示されている。この制御部８０は、ロボット本体６０Ｈ、把持ツール７０、孔開け加工機２０の各サーボモータの制御を行うメイン制御部８１と、エアーアクチュエータ５８，５９に圧縮エアーを供給するエアー供給回路に含まれるバルブの制御等を行うサブ制御部８２とを備える。また、ワーク検出センサ５０Ｓの検出信号は、メイン制御部８１及びサブ制御部８２に取り込まれ、距離センサ９４の計測結果は、メイン制御部８１のみに取り込まれる。

メイン制御部８１のメモリ８３には、孔開け加工システム１０を動作させるための基本動作プログラムが記憶される。その基本動作プログラムは、公知な方法で作成される。即ち、ロボット６０を動作させるための位置データを、ティーチング又は数値入力により設定し、それら位置データと予めロボット本体６０Ｈに用意されているコマンドとを組み合わせて作成される。その際、把持ツール７０の位置を特定するために、ロボット６０にはツール座標が設定されている。具体的には、図１１に示すように、例えば、ツール座標は互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を有し、それらの交点である原点が、例えば、複数の把持部材７４の下面を含む架空の基準面と移動基準軸Ｊ３との交点に位置し、Ｚ軸が移動基準軸Ｊ３と一致し、Ｘ軸が、何れか１つの把持部材７４の幅方向の中央に位置するように設定されている。以下、上記原点を「ツール原点」という。

また、ロボット本体６０Ｈに用意されたコマンドとしては、例えば、目標位置が設定されると、ツール座標を現在位置から目標位置まで直線軌跡を描くように平行移動する直動コマンドや、第３回転駆動軸と目標回転量とが設定されると、第３回転駆動軸だけが目標回転量だけ駆動されるツール回転コマンドや、さらには、回転中心位置と回転半径と目標回転量が設定されると、その回転中心位置回りにその回転半径で目標回転量だけツール原点を円弧軌跡を描くように公転させながら、ツール座標の同じ側が回転中心側を向くようにツール座標を自転させる公転コマンド等が挙げられる。

また、メイン制御部８１は、一般的なロボットの制御部と同様に、ツール原点に所定の軌跡を描かせるコマンドを実行するときには、その軌跡上における単位時間毎の複数の通過位置を演算して求め、それら複数の通過位置にツール原点を位置させるための、ロボット本体６０Ｈの全サーボモータの目標位置データを公知な座標変換により演算する。そして、目標位置データに基づいて各サーボモータが位置制御される。

基本動作プログラムは、ワークストッパー５０に支持されたワーク９０を把持ツール７０で把持して距離センサ９４により芯ズレ量及び芯ズレ方向を計測する「計測処理」と、移動基準軸Ｊ３をダイ２３に設定されたダイ基準軸Ｊ２に一致させてワーク９０をダイ２３に嵌合する「嵌合処理」と、ワーク９０を把持したままパンチ３１にてワーク９０に貫通孔９２を打ち抜き、移動基準軸Ｊ３を中心に把持ツール７０をワーク９０と共に回転させてから再度パンチ３１にてワーク９０に貫通孔９２を打ち抜く「回転打抜処理」と、が含まれるように作成される。

より具体的には、基本動作プログラムは、孔開け加工システム１０に以下の動作を行わせるように作成される。即ち、基本動作プログラムが実行されると、ロボット６０は、チャック７１を開いた状態にしてワークストッパー５０の上方の第１位置にツール原点を位置決めして、移動基準軸Ｊ３と原点軸Ｊ１とを一致させる。そして、ワーク位置決凹部５１にワーク９０があることがワーク検出センサ５０Ｓによって検出されると、ロボット６０は、直線駆動軸のみを動作させてツール原点を第１位置から第２位置へと降下させて、ワーク位置決凹部５１のワーク９０をチャック７１の中央部に受け入れる。そして、チャック７１を閉じてワーク９０を把持してからツール原点を第１位置に戻す。

そこから、ロボット６０は、第１回転駆動軸及び第２回転駆動軸のみを動作させて、ダイ２３の上方の第３位置にツール原点を移動して移動基準軸Ｊ３とダイ基準軸Ｊ２とを一致させ、ワーク９０の側面を距離センサ９４に対向させる。そして、ロボット６０の第３回転駆動軸のみを動作させて、ワーク９０を１回転以上、回転し、そのワーク９０の回転位置に対応した距離センサ９４の計測結果（つまり、距離センサ９４からワーク９０の側面までの距離の計測結果）をメイン制御部８１に取り込む（ここまでが、「計測処理」に相当する）。

次いで、直線駆動軸のみを動作させてツール原点を第３位置から第４位置まで降下させて、ワーク９０をダイ２３から僅かに上方に離した位置に配置する。そこから速度を下げてツール原点を第５位置まで降下してワーク９０をダイ２３の外側に嵌合させる。（ここまでが、「嵌合処理」に相当する）。

そして、パンチ３１を、退避位置、突入位置、退避位置と位置が変わるようにパンチ駆動装置３０により往復移動して、把持ツール７０に把持された状態のワーク９０に貫通孔９２を打ち抜き加工する。そして、ロボット６０の第３回転駆動軸のみが動作してワーク９０をチャック７１と共に第５位置から３６０／ｎ［ＤＥＧ］（ｎは、ワーク９０に形成される貫通孔９２の数）だけ離れた第６位置まで回転させてから、パンチ３１を再度往復移動してワーク９０に貫通孔９２を打ち抜き加工する。このような打ち抜き加工動作をｎ回（例えば、９回）繰り返してワーク９０を第ｍ位置（本実施形態では、ｍ＝４＋ｎ）まで回転させながら打ち抜き加工を行う（ここまでが、「回転打抜処理」に相当する）。

次いで、直線駆動軸のみを動作させてツール原点を前述の第４位置に戻してからシュート１２の上端部の上方の第１４位置まで移動し、チャック７１を開いてワーク９０をシュート１２へと排出する。そして、ツール原点を第１位置に戻す。

以上の動作を孔開け加工システム１０に行わせるように基本動作プログラムが作成されて上述の通りメモリ８３に記憶される。なお、上記した第４位置～第ｍ位置の位置データを設定するには、例えば、把持ツール７０にワーク９０を実際に把持させて、ワーク９０の中心と移動基準軸Ｊ３とが一致するように調整しておき、そのワーク９０を実際にダイ２３の外側にマニュアル操作にて嵌合して、その位置を上記した第５位置として記憶する。そして、ロボット６０を動かさずに、第５位置の位置データをコピーして位置データに含まれるツール原点の上下方向の位置又はツール座標の回転角だけを編集することで、第４位置～第ｍ位置のデータを容易に作成することができる。

上記した基本動作プログラムはメイン制御部８１により繰り返して実行され、これにより複数のワーク９０に貫通孔９２が打抜き加工される。その際に、メイン制御部８１は、基本動作プログラムを実行する度に、計測処理の計測結果に基づいて、嵌合処理と回転打抜処理とに使用する位置制御用の目標位置データを補正する。即ち、メイン制御部８１は、嵌合処理で移動基準軸Ｊ３をダイ基準軸Ｊ２に一致させる位置制御用の目標位置データを、計測処理による計測結果を利用して、ワーク９０の中心軸をダイ基準軸Ｊ２に一致させる位置制御用の目標位置データに補正する第１補正を行う。また、メイン制御部８１は、回転打抜処理で移動基準軸Ｊ３を中心に把持ツールを回転させる位置制御用の目標位置データを、計測処理による計測結果を利用して、ワーク９０の中心軸を中心に把持ツール７０を回転させる位置制御用の目標位置データに補正する第２補正を行う。

具体的には、例えば、図１２に示すように、把持ツール７０によるワーク９０の芯出しが不良となり、ワーク９０の中心軸Ｊ４（以下、「ワーク中心軸Ｊ４」という）が、ロボット６０の移動基準軸Ｊ３（把持ツール７０の中心軸でもある）とずれてしまった場合、上記した計測処理にて、ロボット６０の第３回転駆動軸を動作させたときには、移動基準軸Ｊ３の回りをワーク中心軸Ｊ４が回転することになり、ワーク９０の側面が距離センサ９４に接近及び離間する。

そこで、メイン制御部８１は、距離センサ９４からワーク９０までの距離の最大値と最小値との差分を２で割った値を、上記したワーク９０と移動基準軸Ｊ３との芯ズレ量として演算する。また、距離が最小値になったときにはワーク９０の中心は、移動基準軸Ｊ３と距離センサ９４とを結ぶ直線上に位置するから、そのときのワーク９０の回転位置から移動基準軸Ｊ３に対するワーク９０の中心の上記芯ズレ方向を演算する。

そして、上記第１補正の前は、嵌合処理でワーク９０をダイ２３に嵌合する際に、移動基準軸Ｊ３をダイ基準軸Ｊ２に一致させる目標位置データが使用されるようになっていたところを、ワーク中心軸Ｊ４をダイ基準軸Ｊ２に一致させる目標位置データが使用されるように、前記芯ズレ量及び芯ズレ方向に基づいた第１補正が行われる。また、上記第２補正の前は、回転打抜処理でワーク９０を回転する際に、移動基準軸Ｊ３を中心に把持ツール７０を回転させる目標位置データが使用されるようになっていたところを、ワーク中心軸Ｊ４を中心に把持ツール７０を回転させる目標位置データが使用されるように、前記芯ズレ量及び芯ズレ方向に基づいた第２補正が行われる。

より具体的には、ワーク中心軸Ｊ４と移動基準軸Ｊ３とがずれていた場合には、第２補正を行わずに基本動作プログラムを実行すると、回転打抜処理で、第５位置～第ｍ位置において第３回転駆動軸のみを動作させると、移動基準軸Ｊ３を中心に把持ツール７０が自転し、その移動基準軸Ｊ３の回りをワーク９０が公転しながらワーク中心軸Ｊ４を中心に自転することになる。ここで、上記公転と自転の関係を明確にするために、図１２～図１４に示すように、把持ツール７０がワーク９０を把持している構成を、ワーク９０と同心で小径のワーク円Ｖ１と、把持ツール７０と同心で小径のツール円Ｖ２とを連絡部Ｖ３で連絡した想定部材Ｖのツール円Ｖ２を、縮小した把持ツール７０で把持したモデルに置き換える。また、図１３，図１４では、複数の把持部材７４を区別するためにそれらの末尾にＡ，Ｂ，Ｃを付し、ツール座標の「Ｘ軸」、「Ｙ軸」に対して地面に固定されている固定座標のＸ軸、Ｙ軸を、「固定Ｘ軸」、「固定Ｙ軸」として示す。

すると、第２補正を行わずに基本動作プログラムを実行すると、第５位置～第ｍ位置における動作は図１３に示すように把持ツール７０がツール円Ｖ２と共に移動基準軸Ｊ３を中心に自転だけすることで、ワーク円Ｖ１が移動基準軸Ｊ３を中心に公転しながら、常に同じ面がワーク円Ｖ１側を向くように自転することが分かる。これを逆にワーク円Ｖ１（ワーク９０）がワーク中心軸Ｊ４を中心に自転だけするようにするには、図１４に示すように、把持ツール７０をワーク中心軸Ｊ４の回りに公転させると共に自転させる必要があることが分かる。そして、メイン制御部８１は、第５位置～第ｍ位置において把持ツール７０をそのように動作させるために、基本動作プログラムを実行する度に、実測される芯ズレ量及び芯ズレ方向を利用して、上述の通り目標位置データを補正する。

詳細には、基本動作プログラムにおける第４位置～第ｍ位置の位置データは、固定座標を利用して（ｘ，ｙ，ｚ，ω）という４つのパラメータで特定される。ここで、ｘ，ｙ，ｚはツール原点の固定座標上の３次元の位置データで、ωはツール座標の固定座標に対する回転角。そして、第１補正では、嵌合処理で使用する例えば第４位置の当初の位置データ（ｘ４，ｙ４，ｚ４，ω４）を、（ｘ４＋ｄｘ，ｙ４＋ｄｙ，ｚ４，ω４）となるように補正する。また、第２補正では、回転打抜処理において、ツール原点を例えば（ｘ５，ｙ５，ｚ５，ω５）で特定される第５位置で、第３回転駆動軸だけを目標回転量θだけ駆動するツール回転コマンドが、（ｘ５＋ｄｘ，ｙ５＋ｄｙ，ω５）を回転中心位置に設定し、前述のズレ量を回転半径に設定し、目標回転量θが設定された公転コマンドに置き換える補正を行う。

上述した本実施形態の制御上の構成は、図１５に示されている。ここで、目標位置データ演算部１００は、基本動作プログラムに基づいてロボット６０の各駆動軸のサーボモータの目標位置データを演算しているときのメイン制御部８１で構成されている。その目標位置データ演算部１００には、通常データ演算部１０１と第１補正部１０２と第２補正部１０３とが備えられ、通常データ演算部１０１は、基本動作プログラムで設定されている通りに目標位置データを演算してロボット６０のサーボアンプに付与する。また、第１補正部１０２は、上記第１補正を実行しているときのメイン制御部８１で構成され、ズレ演算部１０４が演算するワーク中心軸Ｊ４の移動基準軸Ｊ３に対するズレ量及びズレ方向に基づいて、嵌合処理で前述の通り目標位置データを補正する。また、第２補正部１０３は、上記第２補正を実行しているときのメイン制御部８１で構成され、前記ズレ量及びズレ方向に基づいて、回転打抜処理で前述の通り目標位置データを補正する。また、ズレ演算部１０４は、距離センサ９４の計測結果に基づいてワーク中心軸Ｊ４の移動基準軸Ｊ３に対するズレ量とズレ方向の演算を実行しているときのメイン制御部８１で構成される。また、そのズレ演算部１０４と上記した計測エリアＲ２と距離センサ９４とにより、特許請求の範囲の「芯ズレ計測部」が構成されている。

本実施形態の孔開け加工システム１０の構成に関する説明は以上である。本実施形態の孔開け加工システム１０によれば、ロボット６０の把持ツール７０がワーク９０を把持した状態で、ワーク９０に貫通孔９２を打ち抜き、ワーク９０を回転させて再度貫通孔９２を打ち抜くので、ワーク９０の周方向の貫通孔９２同士の間隔のばらつきが従来より抑えられる。また、同じダイ２３及びパンチ３１を使用してワーク９０の周方向の複数位置に貫通孔９２を打ち抜くので、同様の加工に複数のダイ及びパンチを使用していた従来のものに比べて、ダイ２３及びパンチ３１の有効利用が図られる。また、把持ツール７０は、把持したワーク９０のワーク中心軸Ｊ４と把持ツール７０の移動基準軸Ｊ３とが一致するように芯出しするが、芯ズレが生じる場合がある。これに対し、本開示の孔開け加工システム１０では、ワーク９０の移動基準軸Ｊ３に対する芯ズレ量及びその芯ズレ方向を計測し、その計測結果を利用してワーク中心軸Ｊ４をダイ基準軸Ｊ２に一致させるように位置制御用の目標位置データを補正するので、ワーク９０の移動基準軸Ｊ３に対する芯出しのばらつきの影響が抑えられる。

［他の実施形態］
（１）上記実施形態では、特許請求の範囲の「ツール移動機構」としてスカラー型のロボット６０を用いたが、例えば、レール上を移動可能な把持ツール７０を昇降可能且つ移動基準軸Ｊ３を中心に回転可能に備えた装置を使用してもよい。なお、汎用的なスカラー型のロボット６０を使用すれば、コストを抑えることができる。

（２）前記実施形態では、非接触式の距離センサ９４にてワーク中心軸Ｊ４と移動基準軸Ｊ３とのズレ量及びズレ方向を計測していたが、例えば、接触式のポテンショメータをワーク９０の側面に当接させてズレ量及びズレ方向を計測してもよいし、把持ツール７０に把持されたワーク９０の画像を撮像し、画像処理にてズレ量及びズレ方向を計測してもよい。

（３）第１補正及び第２補正は、前記実施形態のように、ツール原点の目標位置データを直接補正するものであってもよいし、ロボット６０におけるツール原点を含むツール座標の設定を変更することで、目標位置データを実質的に変更するものであってもよい。

（４）上記実施形態では、ダイ２３は円筒形をなしていたが、例えば、断面半月状又は扇状をなしていてもよい。

（５）上記実施形態では、ワーク中心軸Ｊ４と移動基準軸Ｊ３とのズレ量の大小に拘わらず上記第１補正と第２補正とを行っていたが、芯ズレ量が予め設定された基準ズレ量以上であることを条件にして第１補正及び第２補正を行うようにしてもよい。そのような構成にすれば、メイン制御部８１の演算処理の負担が軽減される。

１０ 孔開け加工システム
２０ 加工機
２２Ｈ 打抜孔
２３ ダイ
３０ パンチ駆動装置（パンチ駆動部）
５０ ワークストッパー（未加工ワーク支持部）
６０ ロボット
６０Ｈ ロボット本体
６５ 出力テーブル
７０ 把持ツール
７１ チャック
７４ 把持部材
８０ 制御部
８１ メイン制御部
８２ サブ制御部
８３ メモリ
９０ ワーク
１０２ 第１補正部
１０３ 第２補正部
１０４ ズレ演算部
Ｊ１ 原点軸
Ｊ２ ダイ基準軸
Ｊ３ 移動基準軸
Ｊ４ ワーク中心軸
Ｒ２ 計測エリア

Claims (5)

1. 円筒形のワークの周方向の複数位置に貫通孔を打ち抜き加工する孔開け加工システムであって、
   基端部を固定され、先端側から前記ワークが外側に嵌合されるダイと、
   前記ダイの側面に開口する打抜孔に対して進退するパンチと、
   前記パンチを駆動するパンチ駆動部と、
   未加工のワークを支持する未加工ワーク支持部と、
   移動基準軸の回りに複数の把持部材を有し、それら複数の把持部材を前記ワークの側面に押し付けて前記ワークを把持しかつ前記ワークの中心軸を前記移動基準軸と一致するように芯出しする把持ツールと、
   ロボット本体の先端部に前記把持ツールを装着してなり、前記把持ツールを移動しかつ前記移動基準軸を中心に回転させることが可能なロボットと、
   前記把持ツールに把持された前記ワークの中心軸の前記移動基準軸に対する芯ズレ量及び芯ズレ方向を計測する芯ズレ計測部と、
   前記ロボットと前記把持ツールと前記パンチ駆動部とを制御する制御部と、
   前記未加工ワーク支持部の前記ワークを前記把持ツールで把持して前記芯ズレ計測部により前記芯ズレ量及び前記芯ズレ方向を計測する計測処理と、前記移動基準軸を前記ダイに設定されたダイ基準軸に一致させて前記ワークを前記ダイに嵌合する嵌合処理と、前記ワークを把持したまま前記パンチにて前記ワークに前記貫通孔を打ち抜き、前記移動基準軸を中心に前記把持ツールを前記ワークと共に回転させてから再度前記パンチにて前記ワークに前記貫通孔を打ち抜く回転打抜処理と、を前記ロボット、前記把持ツール及び前記パンチ駆動部に行わせるための基本動作プログラムを記憶するメモリと、
   前記制御部が前記基本動作プログラムを実行する度に、前記嵌合処理で前記移動基準軸を前記ダイ基準軸に一致させる位置制御用の目標位置データを、前記計測処理による計測結果を利用して、前記ワークの中心軸を前記ダイ基準軸に一致させる位置制御用の目標位置データに補正する第１補正部と、
   前記制御部が前記基本動作プログラムを実行する度に、前記回転打抜処理で前記移動基準軸を中心に前記把持ツールを回転させる位置制御用の目標位置データを、前記計測処理による計測結果を利用して、前記ワークの中心軸を中心に前記把持ツールを回転させる位置制御用の目標位置データに補正する第２補正部と、を備える孔開け加工システム。
2. 前記第１補正部及び前記第２補正部は、前記芯ズレ量が予め設定された基準ズレ量以上であることを条件にして前記補正を行う請求項１に記載の孔開け加工システム。
3. 前記芯ズレ計測部は、前記把持ツールに把持された前記ワークが配置されて、前記移動基準軸回りに１回転以上回転される計測エリアと、
   前記計測エリアの前記ワークの側面に対向するように配置され、前記ワークの側面までの距離を計測する距離センサと、
   前記ワークの回転位置に応じた前記距離の相違に基づいて前記芯ズレ量及び前記芯ズレ方向を演算するズレ演算部と、を有する請求項１又は２に記載の孔開け加工システム。
4. 前記未加工ワーク支持部は、前記ダイ基準軸と平行な原点軸に前記ワークを芯出しして支持し、
   前記制御部は、前記未加工ワーク支持部の前記ワークを前記把持ツールに把持させるときに、前記移動基準軸を前記原点軸と一致させるように前記ロボットを制御する請求項１から３の何れか１の請求項に記載の孔開け加工システム。
5. 前記ダイ基準軸及び前記原点軸及び前記移動基準軸は、上下方向と平行に配置され、
   前記ロボット本体は、スカラー型であって、固定ベースに基端部を回転可能に支持されて鉛直軸を中心に回転駆動される第１アームと、前記第１アームの先端部に基端部を回転可能に支持されて鉛直軸を中心に回転駆動されると共に先端部を前記移動基準軸が貫通する第２アームと、前記第２アームの先端部に回転可能かつ直線移動可能に支持されて前記移動基準軸を中心に回転駆動されかつ前記移動基準軸の軸方向にスライド駆動される下向きの出力テーブルと、を有し、
   前記把持ツールは、前記複数の把持部材を下面に放射状に配置して備えると共に上面に駆動源を有する駆動源付チャックであって、前記出力テーブルの下面に固定されている請求項４に記載の孔開け加工システム。

Images