JPH05177494A - 自動加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複合加工旋盤と旋盤に対する素材の搬送ロボ
ットを備えた加工装置にあって、視覚センサを用いて素
材の種類の判別の自動化を図る。 【構成】 旋盤セル１は複合加工旋盤１０と、素材ワー
クのストック装置２０と、ワークの搬送装置を備える。
ガイドビーム４０上を走行する搬送ロボット５０は、ア
ーム６０の先端にストック装置のコンベア２１０上に載
置されている素材ワーク３００を把持するハンド７０を
有する。ガイドビーム４０の支柱４１０に装備された視
覚センサ６５は素材ワーク３００の撮像を受信し、その
データを処理して素材を判別する。判別した結果に基い
てＮＣ加工プログラムが自動的に選択され、素材ワーク
の搬入と自動加工が実行される。同時に素材ワーク３０
０の姿勢も認識され、姿勢に応じて旋盤の主軸（Ｃ軸）
の角度を制御するプログラム原点位置を補正して、Ｃ軸
加工を容易にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加工工作機械として、
複合加工旋盤と、複合加工旋盤に対して加工物（ワー
ク）を自動的に搬送する装置を備えた自動加工装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】複合加工旋盤と、複合加工旋盤に対して
素材の供給や、加工が完了したワークを搬出する搬送ロ
ボットを備えて、多種類のワークを無人化により自動的
に生産する旋盤セルが提案されている。この種のシステ
ムにあっては、素材ワークは例えばパレット上に予め準
備しておき、パレット上のワークの種類と位置は、搬送
ロボットを制御するシステムコントローラに記憶され
る。各素材ワークに対するＮＣ加工プログラムは、複合
加工旋盤に登録してある。複合加工旋盤はシステムコン
トローラから送られてくる素材ワークの情報に基づいて
ＮＣ加工プログラムを選択し、加工を実行する。この種
の装置にあっては、システムコントローラからの指示内
容と実際の素材の準備状態（設置位置、姿勢）とが合致
していなければならず、素材の段取りに工数を要するも
のであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の旋盤セルでは、
パレット上の素材ワークの種類、位置及びワークの段取
りの姿勢、加工スケジュール等はオペレータが手動操作
によってシステムコントローラに入力する必要があっ
た。旋盤セルを構成する搬送ロボットが、ワークの位
置、種類及びワークの姿勢等を識別することができれ
ば、このデータに基づいて複合加工旋盤がＮＣ加工プロ
グラムを選択して自動加工を継続することができる。ロ
ボットのハンドがワークを把持したときにワークの直径
を機械的に計測することは可能である。しかし、ワーク
の高さを含めた三次元のデータを得ることにより、はじ
めて正確にワークを判別することができる。例えば特開
平３−６６５８７号公報は、ＣＣＤ（電荷結合素子）を
有するテレビカメラとロボットと組合せて、カメラによ
り撮影された画像を電算機により解析し、その結果に基
づいてロボットを操作してワークを取扱う装置を開示し
ている。本発明は、旋盤セルの搬送ロボットにカメラを
装備して素材ワークを自動的に識別して、加工プログラ
ムを自動的に準備するとともに、ワークの姿勢を認識
し、ワークの姿勢に対応して旋盤主軸の回転位置を補正
制御するシステムを提供するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の自動加工装置に
あっては、搬送装置は複合加工旋盤とストック装置との
間に配設されるガイドビームと、ガイドビーム上を走行
する搬送ロボットとを有し、搬送ロボットは昇降自在の
アームの先端にとりつけた加工物の把持用のハンドを備
えている。また、ガイドビームを支持する支柱には、加
工物の識別用視覚センサが配設されている。複合加工旋
盤は主軸（Ｃ軸）の割り出しが制御できる機能を有す
る。

【０００５】

【作用】カメラが受像したデータに基づいて加工物が判
別されて、複合加工旋盤が加工すべき素材が判別され
る。この判別結果に基づいてＮＣプログラムが選択さ
れ、自動加工が実行される。この際に、ワークの姿勢に
合わせて、複合加工旋盤の主軸の回転角度を補正してプ
ログラム原点を移動させることにより、自動加工を達成
する。

【０００６】

【実施例】図１は本発明を実施する旋盤セルの概要を示
す説明図である。全体を符号１で示す旋盤セルは、複合
加工旋盤１０と、複合加工旋盤１０の側部に配設される
ワークのストック装置２０を備える。図６は複合加工旋
盤１０の概要を示すもので、対向して配設した第１の主
軸１１０と第２の主軸１５０を有する。第１の主軸１１
０と第２の主軸１５０は同一の能力を有する主軸であっ
て、それぞれ軸Ｚ₁、Ｚ₂で示す方向に移動する。一方、
同一の能力を有する２台の刃物台１３０、１４０は対向
して配設される。第１の刃物台１３０は、軸Ｘ₁方向に
移動するとともに、軸Ｔ₁のまわりに旋回するタレット
１３２を有し、タレット１３２には複数本のツール１２
５が装着される。第２の刃物台１４０も同様に、軸Ｘ₂
方向に移動するとともに、軸Ｔ₃のまわりに旋回するタ
レット１４２を有し、タレット１４２には複数本のツー
ル１２５が装着される。

【０００７】第１の主軸１１０は、チャック１２０を有
し、ジョーでワーク３００を把持して第１の刃物台１３
０のツール１２５によってワーク３００に必要な加工を
施す。第１の主軸１１０の軸Ｚ₁の移動量と軸Ｃ₁まわり
の回転量及び刃物台１３０の軸Ｘ₁の移動量と軸Ｔ₁まわ
りのインデックスはＮＣ装置により制御される。複合加
工旋盤１０は、ツール１２５の刃先位置を検知する手段
（図示せず）を備え、刃先位置を計測してＮＣ装置にフ
ィードバックすることにより、ワークの寸法を間接的に
計測し、加工精度を確保する。第１の主軸１１０により
第１工程が完了すると、第２の主軸１５０のチャック１
６０は第１の主軸１１０からワーク２００を受けとり、
ＮＣ装置により制御される第２の刃物台１４０と共同し
て第２工程の加工を施し、ワーク３００を完成させる。

【０００８】旋盤１０は、図７に示すように、主制御部
８５２を有しており、主制御部８５２には、バス線８７
０を介して加工プログラムメモリ８７２、システムプロ
グラムメモリ８７４、キーボード８７６、刃物台制御部
８７７、８７８、送り駆動モータ制御部８８０、８８
１、回転軸制御部８８２、８８３及び回転数制御部８８
４、８８５が接続している。ここで、刃物台制御部８７
７は、刃物台１３０に接続しており、また刃物台制御部
８７８は、刃物台１４０に接続している。また、送り駆
動モータ制御部１８０には、送り駆動モータ１１２及び
トランスデューサ１１２Ａが接続しており、送り駆動モ
ータ制御部８８１には、送り駆動モータ１５２及びトラ
ンスデューサ１５２Ａが接続している。また、回転軸制
御部８８２には、スピンドル駆動モータ１１５及びトラ
ンスデューサ１１５Ａが接続しており、回転軸制御部８
８３には、スピンドル駆動モータ１６５及びトランスデ
ューサ１６５Ａが接続している。更に、回転数制御部８
８４には、スピンドル九駆動モータ１１５及びトランス
デューサ１１５Ａが接続しており、回転数制御部８８５
には、スピンドル駆動モータ１６５及びトランスデュー
サ１６５Ａが接続している。

【０００９】尚、複合加工旋盤１０の詳細については、
本出願人の出願に係る特公平２−４２、６０４公報に開
示されている。したがって、この複合加工旋盤において
は、段取り替えをすることなく、ワークに旋削加工、穴
あけ加工、ミーリング加工等の必要な加工を行ない製品
を完成することができる。ワークのストック装置２０
は、循環式のコンベア２００を有し、コンベア２００上
に取り付けた支持台２１０上にワーク３００を載置す
る。ワーク３００は、例えばアルミニウム合金製のホイ
ールである。複合加工旋盤１０とワークのストック装置
２０の上部にはガイドビーム４０が配設され、ガイドビ
ーム４０上に搬送ロボット５０が走行自在に装架され
る。搬送ロボット５０は、ガントリータイプのもので、
垂直方向に昇降するアーム６０を有し、アーム６０の先
端にワーク３００を把持するハンド７０を装備する。

【００１０】セル全体は強電盤８０により操作される。
搬送ロボット５０を備えた旋盤セルの詳細については、
本出願人の出願に係る特開平１−２５２３４５号公報に
開示されている。ガイドビーム４０を支持する支柱４１
０には視覚センサ６５が配設され、ハンド７０が把持し
たワーク３００を視認する。視覚センサとしては、例え
ばＣＣＤカメラが使用されるが、半導体レーザとポリゴ
ンミラーを利用したスキャン装置等の形式のセンサを利
用することもできる。

【００１１】図２はシステムの強電盤８０の概要を示す
ブロック図である。制御装置８０は、カメラ６５からの
情報を処理する画像処理部８１０、搬送ロボット５０を
制御するロボットコントローラ８３０、複合加工旋盤１
０を制御するＣＮＣ装置８５０で構成される。画像処理
装置８１０は、主制御部８１２、画像データ記憶部８１
４、画像データ受信部８１６、外部とのインターフェー
ス部８１８を備える。ロボットコントローラ８３０は、
主制御部８３２、主記憶部８３４、ＮＣとのインターフ
ェース部８３６、画像処理インターフェース部８３８、
画像データ処理部８４０、移動指令部８４２を備える。

【００１２】ＣＮＣ装置８５０は、主制御部８５２、プ
ログラム・ロジック・コントローラ・インターフェース
部８５４、主記憶部８５６、ＮＣプログラムファイル８
５８、サーボ制御部８６０を備える。視覚センサ６５が
撮影したパレット上のワーク３００の情報は、画像処理
装置８１０の画像データ受信部８１６を介して、外部イ
ンターフェース部８１８からロボットコントローラ８３
０の画像処理インターフェース部８３８へ伝達される。
この情報は画像データ処理部８４０で処理されたデータ
は、画像処理装置８１０の画像データ記憶部８１４へ送
られるとともに、ロボットコントローラ８３０の主制御
部８３２へ送られる。主制御部８３２は、このデータに
基づいて移動指令部８４２を介して搬送ロボット５０の
サーボモータ５００へ指令を送り、搬送ロボット５０の
走行とアーム６０の昇降を制御する。

【００１３】視覚センサ６５からの情報により素材ワー
ク３００の種類が識別されると、このデータは、ロボッ
トコントローラ８３０の画像処理Ｉ／Ｆ部８３８を通し
て伝達される。主制御部８３２はこのデータに基づいて
素材ワーク３００の加工に対応するＮＣプログラムNo.
を主記憶部８３４から検索し、そのプログラムNo.をＮ
Ｃインターフェイス部８３６からＣＮＣ装置８５０のＰ
ＬＣインターフェイス部８５４に伝達する。主制御部８
５２はこのプログラムNo.をＮＣプログラムファイル８
５８から選択する。素材ワーク３００は、搬送ロボット
のハンド７０によって把持されて、複合加工旋盤の主軸
１１０のチャック１２０へ搬入される。この際に、素材
ワーク３００の姿勢が正しいチャッキングに適するかど
うかを視覚センサ６５の情報とロボットコントローラ８
３０の主記憶部８３４のデータを主制御部８３０で比較
してその角度を決定する。その角度値をＮＣインターフ
ェイス部８３６からＣＮＣ装置８５０のＰＬＣインター
フェイス部８５４を通して、主制御部８５２に送られ
る。主制御部８５２は、サーボ制御部８６０にその角度
を指令し、主軸１１０の回転軸であるＣ軸を制御してチ
ャック１２０の位相を素材ワーク３００を正しい角度位
置で把持する位置まで回転させる。この操作により、素
材ワーク３００をパレット２１０に正確な姿勢で段取り
する必要はなくなる。

【００１４】図３は搬送ロボットが把持するワークと視
覚センサの関係を示す詳細図である。ワークのストック
装置２０のコンベア２００上には一定間隔毎に支持台２
１０が取り付けてあり、支持台２１０上にはワークであ
るアルミホイール３００が載せられている。ビーム４０
上を走行する搬送ロボット５０は上下動するアーム６０
の下端部にワーク把持用のハンド７０を有する。ワーク
ハンド７０は、直列に２個配設してあり、第１のワーク
ハンドで素材ワークを把持し、第２のワークハンドで完
成ワークを把持する。ビーム４０の支柱４１０には視覚
センサ６５が取り付けてあり、ワークハンドにより把持
されたワーク３００を撮像し、ワーク３００を認識す
る。

【００１５】図４は本発明の作用を示す説明図である。
ワークハンド７０によりコンベア２００上から取り上げ
られたワーク３００は、視覚センサ６５により撮像さ
れ、そのデータは画像処理装置８１０へ送られて処理さ
れる。その結果、ワークハンド７０が把持するワークの
種類が認識され、加工プログラムが呼び出される。ワー
ク３００は、例えば加工原点マーク３１０を有する。こ
のように、加工原点が特定されているワークにあって
は、通常は治具等により加工原点を合せてワークをコン
ベアやパレット上に段取りしておく必要があり、工数を
要する。本装置においては、加工原点を合せて段取りし
ておく必要はなく、任意の位相でコンベア上に置くこと
ができる。いま、この原点マーク３１０の位置が基準位
置より角度α₁だけ回動した姿勢でワーク３００が把持
されたものとする。この原点マークの角度位置情報は、
画像処理装置８１０から複合加工旋盤１０のＣＮＣ装置
８５０へ伝えられ、第１の主軸１１０を軸線（Ｃ₁軸）
まわりに回動して位相合わせを実行する。この場合、Ｃ
₁軸の原点位置をＣ₀とすると、Ｃ₀から角度α₁だけ主軸
を回動させる。なお、この位相合わせは、第１の主軸を
回転させるかわりに加工プログラムの開始位相をソフト
上でシフトさせることもできる。

【００１６】第１の主軸１１０の位相合わせが完了する
と、ワークハンド７０によりワーク３００は第１の主軸
１１０へ供給され、チャック１２０により把持される。
その後、刃物台の工具１２５により必要な加工が実施さ
れる。第１の主軸での加工の第１工程が完了すると、第
２の主軸１５０側へ受け渡される。その際に、第２の主
軸１５０は、センター治具１６５とチャック１６０によ
りワーク３００を把持する。第２の主軸１５０による加
工が完了したワークは搬送ロボット５０によりワークコ
ンベア２００へ戻される。

【００１７】図５は制御処理のフロー図である。ステッ
プ１０００でスタートした処理は、ステップ１０１０で
搬送ロボットのプログラムを起動する。ステップ１０２
０でパレットに置かれた素材ワーク上に搬送ロボットを
移動し、ステップ１０３０でアーム先端にとりつけた視
覚センサにより素材ワークの画像データを読み込む。こ
の操作は素材ワークの直径寸法や高さ寸法を測定して素
材ワークの種類と姿勢を確認するので、必要に応じて複
数回くり返し、ミスを排除する。

【００１８】ステップ１０４０でパレット上に準備され
た素材ワークの有無をチェックし、素材ワークが存在し
ていれば、ステップ１０５０で素材ワークの直径寸法や
貫通穴等のデータによる素材ワークの判定を実行する。
直径寸法等のデータから加工プログラムとして予め用意
されている素材ワークのデータと比べて素材ワーク番号
を特定するが、該当する素材ワーク番号が検知できなけ
れば、誤った素材ワーク番号が段取りされていることで
あるので、ステップ１３００へ進み、エラーを出力し、
ステップ１３１０で処理を停止する。

【００１９】直径寸法による判定が実行されると、ステ
ップ１０６０で素材ワークの画像データより基準姿勢に
一致する角度を算出する。ステップ１０７０でＣＮＣ旋
盤加工プログラムが検索される。ステップ１０８０でス
テップ１０６０で算出された角度によりＣ軸をオフセッ
トする。ステップ１０９０で加工プログラムは起動し、
ステップ１１００で搬送ロボットにより旋盤主軸に素材
ワークが搬入される。ステップ１１１０で加工が実行さ
れ、ステップ１１２０で完成したワークをパレット上へ
戻し、ステップ１０２０へ戻り、以上のステップをくり
返す。パレット上に段取りされた素材ワークの全ての加
工が完了すると、ステップ１０４０からステップ１２０
０へ進み、完成品を全てパレット上に返却してステップ
１２１０で処理を終了する。なお、以上の実施例では旋
盤セルの例を説明したが、マシニングセンタを用いた加
工システム等にも本発明を適用することができる。ま
た、以上の実施例では、加工機械と素材のストック装置
との間に設定されたロボットとして、ガントリー型の搬
送ロボットの例を説明したが、極座標や円筒座標を用い
た多関節ロボットを用いることもできる。

【００２０】

【発明の効果】本発明の自動加工装置は以上のように、
搬送ロボットが把持するワークを視覚するセンサを備
え、センサの受像データから素材ワークの種類と姿勢を
判別する機能を有する。そして、ストック装置上に段取
りされた素材ワークの種類は、システムにより自動的に
判別されて対応するＮＣプログラムが準備される。した
がって、ストッカ装置への素材ワークの段取りミスがあ
っても、システムはこのミスを自動的に排除し、無人化
による自動加工を継続することができる。そこで、段取
りの工数も低減し、生産能率も向上する。さらに、素材
ワークの姿勢も認識されるので、ワークの姿勢に応じて
旋盤の主軸の回転角度位置を補正し、常に正確なチャッ
キングを実行することができる。したがって、素材ワー
クをパレット上に正確に位置決めするための治具等を省
くことができ、段取りが容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の自動加工装置の概要を示す斜視図。

【図２】システムのブロック図。

【図３】視覚センサの取付位置を示す説明図。

【図４】本装置の作用を示す説明図。

【図５】制御装置のフロー図。

【図６】複合加工旋盤の概要を示す説明図。

【図７】制御のブロック図。

【符号の説明】 １ 旋盤セル １０ 複合加工旋盤 ２０ ストック装置 ３０ 搬送装置 ４０ ガイドビーム ５０ 搬送ロボット ６０ アーム ６５ カメラ ７０ ハンド ８０ 強電盤 １１０ 第１の主軸 １２０ チャック １５０ 第２の主軸 ３００ 素材ワーク ８１０ 画像処理装置 ８３０ 搬送ロボットコントローラ ８５０ 数値制御装置

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【手続補正書】

【提出日】平成４年２月２７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 牧 浩一 愛知県丹羽郡大口町大字小口字乗船１番地 ヤマザキマザック株式会社本社工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加工工作機械と、加工工作機械の側部に
   配設される加工物のストック装置と、加工工作機械とス
   トック装置との間で加工物を自動的に搬送する搬送装置
   とを備えた自動加工装置において、搬送装置は加工工作
   機械とストック装置との間に配設されるガイドビーム
   と、ガイドビーム上を走行する搬送ロボットとを有し、
   搬送ロボットは昇降自在のアームの先端にとりつけた加
   工物の把持用のハンドと、把持された加工物の視覚セン
   サとを有し、カメラが受信した画像データを処理する画
   像処理装置と、搬送ロボットを制御するロボットコント
   ローラと、加工工作機械を制御する数値制御装置と、画
   像データを処理して加工する素材を識別する手段と、識
   別した素材のデータを加工工作機械が加工する予定の素
   材のデータと対比して素材の種類及び姿勢を判別する手
   段と、判別結果に基づいて数値制御装置の素材の種類に
   対応する加工プログラムを起動するとともに、素材の姿
   勢に応じて加工工作機械の主軸の回転角度位置を制御す
   る加工プログラム原点を補正する手段とを備えてなる自
   動加工装置。