JPH04160605A - 自動運転工作機械の衝突防止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、搬送装置を備えた旋盤等の自動運転工作機
械の衝突防止装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、旋盤等の工作機械において、ワークの搬入搬出を
行う搬送装置を組付け、無人で自動運転させるものが多
く使用されている。

〔発明”６＜解決しようとする課題〕 しかし、自動化が進み、複雑な搬送装置を付加すると、
搬送装置と工作機械の工具台等との干渉箇所が増え、衝
突によって機械の致命的な事故につながることがある。

この発明の目的は、衝突による損傷の発生が防止できる
自動運転工作機械の衝突防止装置を提供することである
。

〔課題を解決するための手段〕

この発明の構成を実施例に対応する第１図と共に説明す
る。

この自動運転工作機械の衝突防止装置は、工作機械およ
び搬送装置の各軸サーボモータ（２２）〜（２８）の負
荷を測定する負荷検出器（２９）〜（３５）を設け、か
つ設定値の教示手段（２０）と負荷監視手段（２１）と
を設けたものである。

自動運転工作機械は、工作機械および搬送装置に加工サ
イクルを繰り返し行わせる制御手段（１５）。

（１６）を備えたものである。

教示手段（２０）は、負荷検出器（２９）〜（３５）の
測定値から前記加工サイクルにおける各時点の許容最大
負荷を設定する手段である。

負荷監視手段（２１）は、負荷検出器（２９）〜り３５
）の測定値を監視し、前記設定値を超えたことが検出さ
れると制御手段（１６）に衝突対処指令をりえる手段で
ある。

〔作　用〕

自動運転工作機械は、制御手段＜１５）、　（１６）の
制御により、工作機械および搬送装置による搬入。

加工、搬出等の同一パターンの加工サイクルを繰り返し
行う。

この各加工サイクルにおいて、工作機械および搬送装置
の各軸サーホモータ（２２）〜（２８）の負荷の変動パ
ターンは略一定している。

この負荷変動のパターンを、負荷検出器（２９）〜（３
５）の測定値から教示手段（２０）で教示し、１加エサ
イクルにおける各時点の許容最大負荷を設定する。負荷
の検出は、負荷電流の検出等によって行える。

教示の後、各加工サイクルにおいて、負荷検出器（２９
）〜（３５）の測定値の監視を常時行う。負荷監視手段
（２１）は、前記の各時点における許容最大負荷の設定
値を超えたことが検出されると、衝突対処指令を制御手
段（１６）に出力する。制御手段（１５）。

（１６）は、この指令に応答して、適宜の処置、例えば
機械の停止や、退避サイクルへの切換等を行う。

〔実施例〕

この発明の一実施例を第１図ないし第８図に基づいて説
明する。

第２図はこの衝突防止装置を適用する自動運転工作機械
の斜視図である。この自動運転工作機械は、工作機械ｌ
と、搬送装置であるガントリ式のローダ９とで構成され
る。

工作機械１は２軸タレット旋盤であり、２本の主軸２を
支持した主軸台３をベット４上に設け、ワークの表裏反
転を行う反転装置５を主軸台３の上に設置しである。主
軸台３の両側には、タレット６を搭載したタレットスラ
イド７がベット４のレール８上で左右（Ｘ軸方向）移動
自在に設置されている。タレット６は、多数の工具（図
示せず）を周面に放射状に装着するものであり、タレッ
トスライド７に前後（Ｚ軸方向）移動自在で、かつ割り
出し回転自在に支持されている。

ローダ９は、工作機械ｌの上方で左右に延びるレール１
０に走行体１１を設置し、下端にローダヘッド１２を有
する昇降軸１３を、走行体１１上の前後移動台１４に設
置したものである。これら走行体１１の走行と、前後移
動台１４の前後移動と、昇降軸１３の昇降とにより、ロ
ーダヘット１２がｘ、ｙ、ｚの直交３軸方向に移動する
。ローダヘッド１２には、ワークを把持する２個のチャ
ック（図示せず）が、主軸２の対向面と下面とに各々設
けられ、両チャックの位置を入替え駆動可能としである
。

ローダ９は、工作機械１の一側に配置されたワーク供給
部（図示せず）からワークを把持して主軸２に装着し、
主軸２の加工済みのワークを工作機械１の他側のワーク
排出部（図示せず）に搬出する動作を行う。反転装置５
を使用するときは、主軸２と反転装置５との間のワーク
の受渡しにもローダ９が用いられる。左右の主軸２に把
持されたワークは、左右のタレット６に装着された工具
（図示せず）により各々加工される。

第１図は制御系を示す。数値制御装置１５は、第２図の
工作機械１を制御するものであり、プログラマブルコン
トローラ（図示せず）を有している。搬送制御装置１６
は、第２図のローダ９を制御する手段であり、数値制御
装置１５の１−位制御コンピュータとしての機能を兼用
し、自動運転の加ニブログラムが設定されている。表示
装置１７はモニタ用のＣＲＴグラフィックデイスプレィ
であり、搬送制御装置１６で駆動される。

搬送制御装置１６に、マイクロプロセッサ等からなる衝
突検出装置１８が配線接続され、衝突検出装置１８に、
後にその機能を説明する教示手段２０および負荷監視手
段２１が設けられている。

衝突検出装置１８には、各軸サーボモータ２２〜２８の
負荷電流を検出する負荷検出器２９〜３５が、アンプ３
６を介して接続されている。衝突検出装置１８は、入力
された検出値をＡ／Ｄ変換する手段を有している。

サーボモータ２２は、第２図の工作機械ｌの右側のタレ
ットスライド７を進退させるＸ軸送り用のモータである
。サーボモータ２３は、右側のタレット６を前後移動さ
せるＺ輸送り用のモータである。サーボモータ２４は左
側のタレットスライド７のＸ軸送り用、サーボモータ２
５は左側のタレット６のＺ輸送り用である。

サーボモータ２６は、ローダ９の走行台１１を左右に駆
動するモータである。サーボモータ２７は昇降軸１３を
昇降させるモータである。サーボモータ２８は前後移動
台１４を前後移動させるモータである。

上記構成による衝突防止動作を説明する。

衝突検出装置１８は、モード切換スイッチ（図示せず）
の操作によって、教示モートと、編集モードと、監視モ
ードと、修正モードとに切換可能であり、第６図のよう
にそのモート選択（Ｒ１−Ｒ４）によって、教示（Ｒ５
）、編集（Ｒ６）、監視（Ｒ７）、および修正（Ｒ８）
が行われる。

この教示９編集、および修正を行う機能手段が第１図の
教示手段２０であり、監視を行う手段が負荷監視手段２
１である。

まず、教示動作を説明する。

工作機械１およびローダ９は、スケジュール運転等にお
いて、ｌ加工サイクルを一つのパターンとして繰り返し
動作を行う。このため、各軸サーボモータ２２〜２８は
各加工サイクルにおいて、負荷電流の変動パターンが同
じになる。第３図（Ａ）のグラフは、Ｘ軸サーボモータ
２２につき、ｌ加工サイクルの加工開始から加工終了ま
での負荷電流の変動を簡略化して例示したものである。

この負荷電流の変動パターンを、教示手段２０に学習さ
せ、ｌ加工サイクルを多数に区分した各監視ブロック毎
に許容最大負荷の値を設定する。

この場合に、負荷検出器２９〜３５の検出値は、第３図
（Ａ）のグラフに図示するようにＡ／Ｄ変換され、その
連続した増加変動回数の最大値をカウントする。例えば
、第３図（Ｂ）のブロック番号１の監視ブロックでは、
同図（Ｃ）のように連“続増加変動負荷回数は９である
。ブロック番号２の監視ブロックでは４である。この連
続増加負荷変動回数から、後の編集過程で重み付は等を
して、同図（１）の許容最大負荷設定値（衝突リミット
値）を定める。

各ブロックの区切りは、負荷電流の連続した減少変動回
数が、予め設定した連続減少変動負荷回数（第３図（Ｄ
））を超えたときに、ブロック終了とする。この連続減
少変動負荷回数の設定値は、事前に調査実験しておいて
パラメータにより設定する。なお、同図（Ｅ）に示す所
定のブロック切替えリミット値以下の変動回数の場合は
、ブロック分けは行わない。すなわち、切削中の場合は
、実際には第３図（Ａ）のような滑らかな曲線とはなら
ず、ギザギザな負荷特性となるが、そのためある程度大
きく変動するまでは同一ブロックとして処理する。

このようにして、ｌ加工サイクルの監視ブロックの区分
を自動設定し、その各監視ブロックにおける連続増加変
動負荷回数を測定して所定のメモリ領域に記憶する。第
３図の例では、説明の都合上、６個の監視ブロックに区
分したか、実際には例えば１０２４程度までブロック分
は可能とする。

編集過程（第６図のステップＲ６）では、各監視ブロッ
クの連続増加変動負荷回数（第３図（Ｃ））に対して、
第３図（Ｆ）の所定の係数（この例では１５０％）を乗
じて衝突負荷の値（同図（Ｇ））を演算し、かつ重み付
加定数（同図（Ｈ））を加算して、許容最大負荷設定値
（同図（Ｉ））を演算する。この演算結果を所定の監視
用のメモリ領域に設定する。

重み付加定数は、負荷電流の大小によって所定の演算に
より定められる値であり、第４図に例示するように連続
増加変動負荷回数が０〜３の場合は「２」に、４〜６の
場合は「１」に、７〜９の場合は「０」に設定される。

この場合の連続増加変動負荷回数の区分は、最大の連続
増加変動負荷回数（第３図の例では９）を３分割して定
めてい第３図（Ｆ）の係数は、修正モード（第６図のス
テップＲ８）で自由に修正可能であり、監視結果等に応
じて修正される。

監視モート（第６図のステップＲ７）では、各゛軸サー
ボモータ２２〜２８の負荷電流を負荷検出器２９〜３５
の検出値によって常時監視し、各監視ブロックごとに、
前記の学習教示によって設定した許容最大負荷の設定値
と比較する。なお、第１図の表示の表示装置１７には、
その表示画面例１７ａで示すように負荷電流の検出値と
許容最大負荷とを例えば棒グラフによって表示する。監
視の結果、設定値を超えたことが検出されると、搬送制
御装置１６に衝突対処指令を送出する。

搬送制御装置１６は、この指令に応答して、工作機械１
およびローダ９の全体を非常停止させ、または退避サイ
クルに切換え、かつ警報手段（図示せず）にアラームを
発生させる。

このようにして衝突を検出し、衝突による損傷防止を図
る。

上記の検出方法で衝突が検出できる理由および損傷防止
が図れる理由を説明する。すなわち、衝突が生じたとき
に、サーボモータ２２〜２８は抵抗に逆らって動こうと
するため、連続した負荷増加の変化が見られる。例えば
、第３図（Ａ）のグラフにおける曲線ａのように負荷電
流が変化する。

したがって、前記のように許容最大負荷を設定しておい
て、負荷電流がその値を超えたことを検出することによ
り、衝突が検出できる。また、この検出の瞬間に機械を
非常停止させるので、衝突が生じても、過大な負荷電流
によってサーボモータ２２〜２８により大きな荷重をさ
らに加えることがなく、衝撃力が軽減され、機械の損傷
が防止される。

衝突の要因や発生時期は予測できないが、この衝突防止
装置では常時監視を行うので、加工サイクル中の何時に
衝突が発生しても、その損傷が防止できる。

また、この実施例では加工サイクルを複数の監視ブロッ
クに分けて監視するので、衝突が発生゛した場合、どの
工程で衝突が発生したかの判別が行える。そのため、加
ニブログラム等の保守が容易に行える。ブロック分けは
精度向上のためには細かくすることが望ましいが、演算
速度等の面で制限がある。しかし、前記のように連続減
少変動負荷回数によって監視ブロックの幅を定めること
により、無駄にブロック数を多くせずに好適な監視が行
える。

第７図は第６図の教示ステップ（Ｒ５）の詳細を示し、
第８図は監視ステップ（Ｒ７）の詳細を示す。第７図か
られかるように、工作機械ｌの各軸サーボモータ２２〜
２５については、加工中であって（Ｓｌ、Ｓ２）、その
サーボモータ２２〜２５が有効であるときに（３４〜Ｓ
７）、負荷電流値を取り込んで許容最大負荷の設定値の
演算格納を行う（Ｓｌｌ−５１４）。有効か無効かは、
予めパラメータにより設定しておく。すなわち、衝突防
止の監視の必要がないと作業者が判断した場合のために
、各軸ごとに監視のオン、オフ操作を可能としである。

ローダ９の各軸サーボモータ２６〜２８については、ロ
ーダ９が動作中であって（Ｓ３）、そのサーボモータ２
６〜２８が有効である間に（８８〜５ＩＯ）、負荷電流
値を取り込んで許容最大負荷の設定値の演算格納を行う
（８１５〜５１７）。第８図の監視の場合も教示の場合
と同様な判断（Ｔｌ−Ｔ１０）を行って、演算・比較・
警報（Ｔｌｌ−７１７）を行う。

加工中であることの判断や、ローダ動作中であることの
判断は、第５図に示す各スタートパルスから終了パルス
までの間が加工またはローダ動作中であると判断する。

なお、前記実施例では連続増加変動負荷回数に係数を乗
じた後に重み付加定数を加算するようにしたが、許容最
大負荷の設定値は、この他の方法で演算するようにして
も良い。

また、前記実施例は工作機械１が旋盤である場合につき
説明したが、マシニングセンタやレーザ加工機等の種々
の工作機械に適用することができる。また、ガントリ式
のローダ９に限らず、多関節型のロボット等を搬送装置
として使用する場合にもこの発明を適用することができ
る。

〔発明の効果〕

この発明の衝突防止装置は、各軸サーボモータの負荷を
測定する負荷検出器を設け、その測定値から許容最大負
荷を設定する教示手段を設けると共に負荷監視手段を設
け、加工サイクルにおける各時点において許容最大負荷
の設定値を超えたことが検出されると、衝突対処指令を
出力するようにしたので、工作機械と搬送装置との干渉
等が生じると、前記指令により制御装置において即座に
認識できる。そのため、機械の非常停止や、退避サイク
ルへの切換等が図れ、衝突によって大きな衝撃力が発生
することが未然に防止できて、機械の損傷防止が図れる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図、
第２図はその自動運転工作機械の斜視図、第３図は同じ
くその教示手段および負荷監視手段の演算過程を示す説
明図、第４図は同じくその重み付加定数の演算例を示す
説明図、第５図は同じくその機械の動作開始および停止
のタイミングチャート、第６図は同じくその衝突防止装
置の概略動作の流れ図、第７図はその教示過程を示す流
れ図、第８図は同じくその監視過程を示す流れ図である
。 １・・・工作機械、２・・・主軸、６・・・タレット、
７・・・タレットスライド、９・・・ローダ（搬送装置
）、１２・・・ローダヘッド、１５−・・数値制御装置
（制御手段）、１６・・・搬送制御装置（制御手段）、
１８・・・衝突防止装置、２０・・・教示手段、２１・
・・負荷監視手段、２２〜２８・・・サーボモータ、２
９〜３５・・・負荷検出器、ａ・・・衝突時の曲線 特許出願人　　村田機械株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 工作機械および搬送装置に加工サイクルを繰り返し行わ
   せる制御手段を備えた自動運転工作機械において、前記
   工作機械および搬送装置の各軸サーボモータの負荷を測
   定する負荷検出器を設け、この測定値から前記加工サイ
   クルにおける各時点の許容最大負荷を設定する教示手段
   を設け、前記負荷検出器の測定値を監視して前記設定値
   を超えたことが検出されると前記工作機械の制御手段に
   衝突対処指令を与える負荷監視手段を設けた自動運転工
   作機械の衝突防止装置。