JPH05285800A

JPH05285800A - 自動加工装置

Info

Publication number: JPH05285800A
Application number: JP11844892A
Authority: JP
Inventors: Tokuji Hatasa; 篤司畑佐; Koichi Maki; 浩一牧; Koichi Yoshida; 浩一吉田
Original assignee: Yamazaki Mazak Corp
Current assignee: Yamazaki Mazak Corp
Priority date: 1992-04-13
Filing date: 1992-04-13
Publication date: 1993-11-02

Abstract

(57)【要約】【目的】数値制御旋盤と旋盤に対する素材の搬送ロボ
ットを備えたシステムにあって、カメラを用いて素材ワ
ークの種類の判別の自動化を図る。【構成】旋盤セル１は数値制御旋盤１０と、ワークの
ストック装置３０を備える。ガイドビーム上を走行する
搬送ロボット５０は、アーム６０の先端にストック装置
のパレット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。ハンド７０は３つ爪のチャッ
クを有するアーム６０の先端に装備されたカメラ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３００の姿勢も認識さ
れ、姿勢に応じてハンド７０のチャックを回転させ、爪
がワークの把持部の突出部に干渉しないように制御し、
正確な把持を達成する。ハンドの回転位置を制御するこ
とにかえて、ワークを載せたテーブルの回転位置を制御
することもできる。

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種々提案されている。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予め、
オペレータによって記憶される。各ワークに対応する加
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。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。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、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し、補正
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。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搬送ロボットのアームにとりつけ
たハンドの回転位置又はワークを載せたテーブルの回転
位置を制御する装置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回転可能な加工物の把持用の
ハンドと、加工物の識別用のカメラを備えている。ワー
クを載せるテーブルは、ワークの軸線まわりに回転可能
であって、必要に応じてテーブルの回転位置を制御する
ことができる。

【０００５】

【作用】カメラが受像したデータに基づいて、複合加工
旋盤が加工すべきワークの種類を判別し、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、ロボット
に装備したハンドの回転位置を制御し、確実なワークの
把持を達成する。ロボットのハンドの回転位置を制御す
ることにかえて、ワークを載せたテーブルの回転位置を
制御することもできる。

【０００６】

【実施例】図１と図２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
設されるワークストック装置２０を備える。複合加工旋
盤１０は、機体３を有しており、機体３には、第１主軸
台４と第２主軸台１４とが対向して主軸軸心方向（Ｚ軸
方向）である矢印Ｚ₁₊、Ｚ_1-方向、矢印Ｚ₂₊、Ｚ_2-方向
に移動駆動自在に設けられている。また、機体３上に
は、第１タレット刃物台５、第２タレット刃物台１５
が、それぞれ第１主軸台４と第２主軸台１４に対応する
形で、矢印Ｚ軸方向に垂直なＸ軸方向に移動駆動自在に
設けられている。そして、主軸台４、１４には、第１ワ
ーク主軸６、第２ワーク主軸１６が、軸心ＣＴ₁、ＣＴ₂
を一直線上に一致させた形で、矢印Ｃ₁₊、Ｃ_1-方向、矢
印Ｃ₂₊、Ｃ_2-方向に回転駆動自在に設けられており、各
ワーク主軸６、１６の先端には、第１チャック７、第２
チャック１７が装着されている。そして、チャック７、
１７の先端には、３個のチャック爪３６０が、軸心ＣＴ
₁、ＣＴ₂のまわりに１２０度ピッチで着脱自在に装着さ
れている。尚、複合加工旋盤１００の詳細については、
本出願人の出願に係る特開昭６３−２７２４０２号公報
に開示されている。また、ワークストック装置２０の詳
細については、後述する。

【０００７】そして、複合加工旋盤１０とワークストッ
ク装置２０の上部には、レール４０が架設され、レール
４０上には、搬送ロボット（以下、ガントリロボットと
もいう。）５０が、矢印Ｂ₊、Ｂ_-方向（水平方向）に移
動駆動自在に設けられている。ガントリロボット５０に
は、矢印Ａ₊、Ａ_-方向（垂直方向）に昇降するアーム６
０を有し、アーム６０の先端には、ワーク３００を把持
するハンドを有する。ハンドは交換自在であって、ワー
ク３００を取り扱う場合にはワークハンド７０が装着さ
れる。ガントリロボット５０を備えた旋盤セル１の詳細
については、本出願人の出願に係る特開平１−２５２３
４５号公報に開示されている。また、ワークハンド７０
の駆動部の詳細については、本出願人の出願に係る特開
平２−７１９４８号公報に開示されている。アーム６０
の先端部には、ＣＣＤカメラ６５が取り付けられ、ワー
クパレット３１０上のワーク３００を監視する。

【０００８】本実施例では、ＣＣＤカメラ６００を、視
覚センサとして用いているが、他の装置として、例え
ば、半導体レーザとポリゴンミラーを利用したスキャナ
装置等の形式センサを利用することもできる。次に、ワ
ークストック装置２０について説明する。図３は、ワー
クストック装置の構造を示す説明図である。ワークスト
ック装置２０は、フレーム３１を備え、その左右の両端
部には、それぞれタイミングプーリ３２ａ、３２ｂが、
回転駆動自在に設けられている。２つのタイミングプー
リ３２ａ、３２ｂの間には、タイミングベルト３３が、
矢印Ｄ₊、Ｄ_-方向に掛け渡されるとともに、タイミング
ベルト３３の上方部分ＷＰを支持するためのローラ３５
が、複数個、一定間隔で回転自在に設けられており、一
方のタイミングプーリ３２ｂには、駆動モータ３６が、
公知のベルト伝達機構３７を介して接続されている。ま
た、ワークストック装置２０のタイミングベルト３３の
上には、ワークパレット３１０が着脱自在に取り付けて
あり、ワークパレット３１０上には、一定間隔ごとに支
持台３２０が取り付けてあり、支持台３２０上には、ワ
ーク３００が複数個、矢印Ｄ₊、Ｄ_-方向に、一定間隔で
搭載されている。ワーク３００は、例えば自動車用のア
ルミホイール等である。

【０００９】図４、図５はワークを載せたテーブル側に
回転位置の制御装置を装備する実施例を示す。ワークス
トック装置２０はベルト３３上に着脱自在のワークパレ
ット３１０を備える。ワークパレット３１０上にはセン
ターピン２１２と位置決めピン２１４を有し、ワーク３
００を載置する。ワーク３００は、例えばアルミ合金製
のタイヤホイールである。本装置にあっては、ワークパ
レット３１０の構造を変更し、ワークパレット３１０上
に回転テーブル２２０を取り付けたものである。図５
は、回転テーブルとその回転位置の制御装置を示す。ベ
ルト３３上に着脱自在に取り付けられるワークパレット
３１０Ａは、中心に開口部２１１を有する。ワークパレ
ット３１０Ａ上には、回転テーブル２２０が軸受け２２
２を介して回転自在にとりつけられる。回転テーブル２
２０の中心下部には、継手２２４が形成される。

【００１０】回転位置制御装置２５０は、アーム５０の
ワークハンド７０がワーク３００を把持する位置の直下
に配設される。この装置は、ベース２６５上にとりつけ
たサーボモータ２６０を有し、サーボモータ２６０の回
転軸の先端部には駆動部材２６２が設けられる。ベース
２６５は油圧シリンダ２７５のピストンロッド２７０の
上端部にとりつけられる。したがって、油圧シリンダの
作用によりピストンロッド２７０とともにサーボモータ
２６０が矢印Ｅ₊、Ｅ_-方向（垂直方向）に昇降し、矢印
Ｅ_-方向に上昇したときに、駆動部材２６２がテーブル
２２０の継手２２４に係合する。この状態でサーボモー
タ２６０に指令を送り、所定の角度回動させることによ
り、テーブル２２０とともにワーク３００の回転位置を
任意に制御することができる。ワーク３００の回転位置
の調整が終了した後には、ピストン２７０を下降させて
駆動部材２６２とテーブルの継手２２４の係合を外し、
次のテーブルが送られてくるのを待つ。以上の構成によ
り、テーブル２２０上に任意の角度位置でとりつけられ
るワーク３００を、所定の角度位置まで回転させてから
ガントリロボット５０のハンドで把持するので、常に正
規の角度位置でワーク３００を主軸に装着することがで
きる。

【００１１】図６と図７はシステムの制御装置８０の概
要を示すブロック図である。制御装置８０は、ＣＣＤカ
メラ６５からの情報を処理する画像処理装置８１０、ガ
ントリロボット５０を制御するロボット・コントローラ
８３０、複合加工旋盤１０を制御するＣＮＣ装置８５０
で構成されている。画像処理装置８１０は、主制御部８
１２、画像データ記憶部８１４、画像データ受信部８１
６、外部Ｉ／Ｆ（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、主記憶装置８３４、ＣＮＣ・Ｉ／Ｆ（ＣＮＣと
のインターフェース）部８３６、画像処理Ｉ／Ｆ（画像
処理インターフェース）部８３８、画像データ処理部８
４０、移動指令部８４２を備える。ＣＮＣ装置８５０
は、主制御部８５２、ＰＬＣ・Ｉ／Ｆ（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、ＣＮＣプログラムファイル８５８、サ
ーボ制御部８６０を備える。

【００１２】ＣＣＤカメラ６５が撮影したワークパレッ
ト３１０上のワーク３００の情報は、画像処理装置８１
０の画像データ受信部８１６を介して、外部Ｉ／Ｆ部８
１８からロボット・コントローラ８３０の画像処理部８
３８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８
３２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（Ａ軸
方向）を制御する。

【００１３】ＣＣＤカメラ６５からのデータにより、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８３
８を通して伝達される。主制御部８３４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ＣＮＣプロ
グラム番号を主記憶部８３４から検索し、そのプログラ
ム番号をＣＮＣ・Ｉ／Ｆ８３６からＣＮＣ装置８５０の
ＰＬＣ・Ｉ／Ｆ部８５４に伝達する。主制御部８５２は
このプログラム番号をＣＮＣプログラムファイル８５８
から選択する。素材ワーク３００は、搬送ロボット５０
のワークハンド７０によって把持されて、旋盤１０の第
１ワーク主軸６の第１チャック７へ搬入される。ロボッ
トハンドが回転する場合には、素材ワーク３００の姿勢
がチャッキングに適するかどうかを、カメラ６５の情報
とロボット・コントローラ８３０の主記憶装置８３４の
データを主制御部８３２で比較することにより判定し、
チャッキングに適するように、搬送ロボット５０のワー
クハンド７０の回転軸の角度を補正することによりワー
ク３００は把持される。また、テーブル回転する場合に
は、素材ワーク３００の姿勢がチャッキングに適するか
どうかをカメラ６５の情報とロボット・コントローラ８
３０の主記憶装置８３４のデータを主制御部８３２で比
較することにより判定し、チャッキングに適するように
回転位置制御装置２５０のテーブル２２０の回転角度を
補正することによりワーク３００は把持される。この操
作により、素材ワーク３００をワークパレット３１０に
正確な姿勢で段取りする必要はなくなる。

【００１４】図８から図１０は、ワークパレット３１０
上に置かれた素材ワーク３００の種類と、置かれている
姿勢をＣＣＤカメラ６５の影像から検知する作用を示
す。素材ワーク３００は、円筒形の本体３１０の上部に
径寸法の小さな円筒状の突起３２０を有し、突起３２０
の側部に１対のウェブ３２２を設けたものである。搬送
ロボット５０のアーム６０にとりつけたワークハンド７
０は、例えば３つ爪７２のチャックを備え、素材ワーク
３００の突起３２０の外径部を把持する。

【００１５】そこで、ワークパレット３１０上に置かれ
たワーク３００の姿勢によっては突起３２０のウェブ３
２２が爪７２に干渉する場合がある。本システムにあっ
ては、ＣＣＤカメラ６５の影像に基づき、素材ワークの
種類と姿勢が認識されているので、搬送ロボット５０の
アーム６０のハンド７０がワーク３００を把持する際
に、ハンド７０のチャックを回転させて、チャックの爪
７２がワーク３００の突起３２０のウェブ３２２に干渉
しない位置でワーク３００を把持することができる。

【００１６】図１１は制御処理のフローチャートであ
る。ステップ１０００でスタートした処理は、ステップ
１０１０でガントリロボット５０のプログラムを起動す
る。ステップ１０２０でワークストック装置２００のワ
ークパレット３１０に載置された素材ワーク３００上に
ガントリロボット５０を移動し、ステップ１０３０でア
ーム６０の先端に取り付けたＣＣＤカメラ６５により素
材ワーク３００の撮像形状パターンデータを読み込む。
この操作は素材ワーク３００の直径寸法や高さ寸法を測
定して素材ワーク３００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。

【００１７】ステップ１０４０でパレット上に準備され
た素材ワーク３００の有無をチェックし、素材ワーク３
００が存在していれば、ステップ１０５０で素材ワーク
３００の直径寸法や貫通穴等のデータによる素材ワーク
３００の判定を実行する。直径寸法等のデータからＣＮ
Ｃ加工プログラムとして予め用意されている素材ワーク
３００のデータと比べてプログラム番号を特定するが、
該当するプログラム番号が検知できなければ、誤ったプ
ログラム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１３１
０で処理を停止する。

【００１８】直径寸法による判定が実行されると、ステ
ップ１０６０で素材ワークの回転軸（Ｃ軸）上での把握
可能な角度位置（姿勢）を算出する。ステップ１０７０
では素材ワーク３００の姿勢に応じてガントリロボット
５０のワークハンド７０の角度補正が指令される。他の
実施例では、ワークパレット３１０の角度補正が指令さ
れる。ステップ１０８０で数値制御旋盤加工プログラム
が検索される。ステップ１０９０でＣＮＣ加工プログラ
ムは起動し、ステップ１１００でガントリロボット５０
のワークハンド７０により数値制御旋盤１０の第１ワー
ク主軸６へ素材ワーク３００が搬入され、第１チャック
７により把持される。ステップ１１１０で、第１タレッ
ト刃物台５の工具により必要な加工（第１工程）が実行
される。ステップ１１２０で、第１ワーク主軸６での加
工の第１工程が完了すると、第２ワーク主軸１６側へ受
け渡され、第２チャック１７により把持される。ステッ
プ１１３０で、第２タレット刃物台１５の工具により必
要な加工（第２工程）が実行される。ステップ１１４０
では、加工が完了したワーク３００を、ガントリロボッ
ト５０によりワークストック装置２０のワークパレット
３１０上へ戻し、ステップ１０２０へ戻り、以上のステ
ップをくり返す。ワークパレット３１０上に段取りされ
た素材ワーク３００の全ての加工が完了すると、ステッ
プ１０４０からステップ１２００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。

【００１９】

【発明の効果】本発明の自動加工装置は以上のように、
ワークを取扱う搬送ロボットにカメラを備え、カメラの
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ＣＮＣ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搬送ロボッ
トのハンドのチャックの角度を補正し、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。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
を用いた加工装置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、工作機械とワークストッ
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。

【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】自動加工装置の概要を示す正面図。

【図３】ワークのストック装置を示す説明図。

【図４】ワークのストック装置を示す説明図。

【図５】テーブルの回転機構を示す説明図。

【図６】自動加工装置の構成を示すブロック図。

【図７】カメラの作動を示す説明図。

【図８】画像の説明図。

【図９】画像の説明図。

【図１０】数値制御装置のフローチャート。

【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７２チャック爪８０制御装置１１０主軸１２０チャック３００素材ワーク３１０円筒部３２０突起３２２ウェブ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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複合加工工作機械と、複合加工工作機械
の側部に配設される加工物を載置するストック装置と、
複合加工工作機械とストック装置との間で加工物を搬送
する搬送装置とを備えた自動加工装置において、搬送装
置は複合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、加工物の識別
用のカメラとを有し、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、複合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複合加工工作機械が
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搬送ロボットの把持手段を制
御する手段とを備えてなる自動加工装置。
【請求項２】複合加工工作機械と、複合加工工作機械
の側部に配設される加工物を載置するストック装置と、
複合加工工作機械とストック装置との間で加工物を搬送
する搬送装置とを備えた自動加工装置において、搬送装
置は複合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、加工物の識別
用のカメラとを有し、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、複合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複合加工工作機械が
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素材を載せたテーブルの姿勢
を制御する手段とを備えてなる自動加工装置。