KR20200125723A - 척의 발톱 교환용 핸드, 척의 발톱 자동 교환 방법 및 발톱 자동 교환 시스템 - Google Patents

Abstract

척의 발톱 교환용 핸드는, 반송 장치에 부착되어 공작 기계의 척에 마련한 부착홈에 발톱을 착탈하도록 구성되어 있다. 이 발톱 교환용 핸드는, 발톱을 파지가능한 핸드부와, 핸드부를 반송 장치에 부착해서, 반송 장치와 핸드부 사이의 상대적인 변위를 허용하는 컴플라이언스 장치를 구비한다.

Description

척의 발톱 교환용 핸드, 척의 발톱 자동 교환 방법 및 발톱 자동 교환 시스템

본 발명은, 공작 기계에 이용되는 척의 발톱(爪)을 자동 교환하기 위한 척의 발톱 교환용 핸드, 척의 발톱 자동 교환 방법 및 발톱 자동 교환 시스템에 관한 것이다.

공작 기계에 이용되는 척에 있어서, 예를 들면 워크를 파지하는(꽉 움켜쥐는) 발톱은, 워크의 형상이나 크기에 따라 부품으로서 복수 준비되어 있고, 워크에 따라 발톱을 교환할 필요가 생긴 경우에는, 발톱 교환 장치에 의해서 자동 교환된다. 이 발톱 교환 장치로서, 예를 들면 특허문헌 1에는, 공작 기계측의 카세트와, 복수의 척 발톱을 보존유지(保持)하는 스토커 사이와, 발톱 교환 위치로 이끌어내어진 카세트와 척 사이에서 발톱의 교환을 행하는 로봇 핸드의 기술이 개시되어 있다.

또, 특허문헌 2에는, 로봇 암의 선단에 선택적으로 장비되는 너트 러너 핸드와 조(jaw) 핸드를 이용하고, 공구 주축에 조용 공구를 장비시켜서, 로봇 암과 공구 주축에 의해 공동해서 발톱을 교환하도록 한 자동 교환 시스템의 기술이 개시되어 있다.

일본공개특허공보 특개평6－99303호 일본특허공보 특허 제4955522호

상기 종래 기술과 같이 반송 장치로서 로봇 암 등을 이용하면, 척에 형성된 부착홈(取付溝)에 대해서 발톱을 최단 거리로 반송할 수 있지만, 부착홈의 입구에 발톱을 정확하게 위치결정해서 이동시키기 위해서는 높은 정밀도가 요구된다. 그러나, 실제의 동작에 있어서는, 온도 변화나 각 장치의 반복 정밀도의 저하에 따른 위치 어긋남의 영향을 받으면, 부착홈에의 삽입 시에 비틀림(捻)이 생겨, 발톱의 삽입이 곤란하게 되는 경우가 있다.

그래서, 본 발명은, 주위의 환경 변화에 대해 순응해서 발톱을 착탈(탈부착)할 수 있는 척의 발톱 교환용 핸드, 척의 발톱 자동 교환 방법 및 발톱 자동 교환 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한 것이다.

본 발명은, 반송 장치에 부착되어, 공작 기계의 척에 마련된 부착홈에 발톱을 착탈(着脫)하는 척의 발톱 교환용 핸드로서,

상기 발톱을 파지(把持)가능한 핸드부와,

상기 핸드부를 상기 반송 장치에 부착해서, 상기 반송 장치와 상기 핸드부 사이의 상대적인 변위를 허용하는 컴플라이언스(compliance) 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 발톱 교환용 핸드를 제공한다.

상술한 척의 발톱 교환용 핸드에 있어서,

상기 부착홈으로부터 상기 발톱을 분리할 때에, 상기 척에 마련된 잠금 기구에 의한 상기 발톱의 잠금/잠금해제(lock/unlock) 상태를 확인하는 발톱 잠금 확인 장치를 더 구비하도록 해도 좋다.

상술한 척의 발톱 교환용 핸드에 있어서,

상기 잠금 기구는, 상기 발톱의 잠금/잠금해제 상태에 따라 변위하는 변위 부재를 구비하고,

상기 발톱 잠금 확인 장치는, 상기 변위 부재의 위치를 검출하는 센서를 포함하도록 해도 좋다.

상술한 척의 발톱 교환용 핸드에 있어서,

상기 센서는 접촉식이도록 해도 좋다.

또, 본 발명은,

상술한 척의 발톱 교환용 핸드를 상기 반송 장치에 부착하는 공정과,

상기 공작 기계의 상기 척에 마련된 상기 부착홈으로부터 상기 발톱을 착탈하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 척의 발톱 자동 교환 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은,

상술한 척의 발톱 교환용 핸드와,

상기 부착홈이 마련된 상기 공작 기계의 상기 척과,

상기 발톱 교환용 핸드가 부착되어, 상기 부착홈에 대해서 상기 발톱을 넣었다 뺐다 하는 반송 장치를 구비하고,

상기 부착홈과 상기 발톱의 적어도 한쪽에, 상기 발톱이 상기 부착홈에 삽입될 때에 상기 발톱을 상기 부착홈의 입구로 안내하는 가이드부가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 척의 발톱 자동 교환 시스템을 제공한다.

본 발명에 의하면, 주위의 환경 변화에 대해 순응해서 발톱을 착탈할 수가 있다.

도 1은 형태 1의 척의 발톱 자동 교환 시스템을 도시하는 정면도로서, 발톱 교환용 핸드는 배면으로부터 도시하는 도면이다.
도 2a는 형태 1의 발톱 교환용 핸드를 도시하는 정면도이다.
도 2b는 도 2a에 도시하는 슬라이드부를 슬라이드시키는 구동부를 도시하는 도면이다.
도 2c는 도 2a에 도시하는 컴플라이언스 장치의 잠금 상태에 있어서의 모식 단면도이다.
도 2d는 도 2c에 도시하는 컴플라이언스 장치의 잠금해제 상태에 있어서의 모식 단면도이다.
도 3은 형태 1의 발톱 교환용 핸드로 발톱의 잠금/잠금해제를 확인하고 있는 상태를 도시하는 측면도이다.
도 4는 형태 1의 발톱 교환용 핸드로 발톱을 파지한 상태를 도시하는 측면도이다.
도 5는 형태 1의 발톱 교환용 핸드로 교환용의 발톱을 부착홈의 위쪽에 위치결정한 상태를 도시하는 정면도로서, 발톱 교환용 핸드는 배면으로부터 도시하는 도면이다.
도 6은 형태 1의 발톱 교환용 핸드로 교환용의 발톱을 부착홈의 위쪽에 위치결정한 상태를 도시하는 측면도이다.
도 7은 형태 1의 파지 발톱을 도시하는 사시도이다.
도 8a는 형태 1에 있어서 발톱을 부착홈의 입구에 끼워맞추게 하는 상태를 도시하는 설명도로서, 척 본체는 부착홈의 위치에 있어서의 횡단면으로 도시하고, 발톱 교환용 핸드 및 발톱은 일부를 생략하고 있는 설명도이다.
도 8b는 컴플라이언스 장치에 의한 변위 상태를 도시하는 설명도로서, 척 본체는 부착홈의 위치에 있어서의 횡단면으로 도시하고, 발톱 교환용 핸드 및 발톱은 일부를 생략하고 있는 설명도이다.
도 9는 형태 2의 척의 발톱 자동 교환 시스템을 도시하는 정면도이다.
도 10은 형태 2의 발톱 교환용 핸드를 도시하는 배면도이다.
도 11은 형태 2의 발톱 교환용 핸드로 발톱의 잠금/잠금해제를 확인하고 있는 상태를 도시하는 측면도이다.
도 12는 형태 2의 발톱 교환용 핸드로 발톱을 파지한 상태를 도시하는 측면도이다.
도 13은 형태 2의 발톱 교환용 핸드로 교환용의 발톱을 부착홈의 위쪽에 위치결정한 상태를 도시하는 정면도이다.
도 14는 형태 2의 발톱 교환용 핸드로 교환용의 발톱을 부착홈의 위쪽에 위치결정한 상태를 도시하는 측면도이다.
도 15a는 형태 2에 있어서 발톱을 부착홈의 입구에 끼워맞추게 하는 상태를 도시하는 설명도로서, 척 본체는 부착홈의 위치에 있어서의 횡단면으로 도시하고, 발톱 교환용 핸드 및 발톱은 일부를 생략하고 있는 설명도이다.
도 15b는 컴플라이언스 장치에 의한 변위 상태를 도시하는 설명도로서, 척 본체는 부착홈의 위치에 있어서의 횡단면으로 도시하고, 발톱 교환용 핸드 및 발톱은 일부를 생략하고 있는 설명도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.

[형태 1]

도 1은, NC 선반 등의 공작 기계의 기체(機體) 내에 있어서의 척의 발톱 자동 교환 시스템의 정면도, 도 2a는 발톱 교환용 핸드를 단독으로 본 정면도이다.

척의 발톱 자동 교환 시스템은, 공작 기계의 척에 마련한 부착홈에 발톱을 착탈(탈부착)하기 위한 시스템이다. 이 척의 발톱 자동 교환 시스템(200)은, 공작 기계(100)의 척(1)과, 발톱 교환용 핸드(20)와, 발톱 교환용 핸드(20)가 부착되는 반송 장치를 구비하고 있다.

척(1)은, 기체 내에 마련한 도시하지 않는 주축의 선단에 마련되고, 정면에서 보았을 때(正面視)가 원형상인 척 본체(2)를 가진다. 척 본체(2)는, 축심에 마련한 도시하지 않는 플런저의 진퇴 움직임에 의해서 방사 방향으로 이동하는 3개의 마스터 조(master jaw)(3, 3…)(도 5에 1개만 도시)와, 각 마스터 조(3)의 앞측에서 척 본체(2)의 앞면으로부터 둘레면(周面)에 걸쳐 개구하고, 뒤측이 앞측의 개구보다도 폭넓은 횡단면 철자(凸字)모양으로 되는 3개의 방사상(放射狀)의 부착홈(4, 4…)과, 각 부착홈(4)에 부착되는 3개의 발톱(5, 5…)을 구비하고 있다.

발톱(5)은, 횡단면 형상이 부착홈(4)과 동일형인 베이스 조(base jaw)(6)와, 베이스 조(6)의 앞면에 볼트(7, 7…)로 고정되는 탑 조(top jaw)(8)를 포함하고 있다. 부착홈(4)에 끼워맞춰서 삽입된 베이스 조(6)가, 마스터 조(3) 내에 마련된 잠금 기구(13)에 잠김(걸림)으로써, 마스터 조(3)에 고정된다. 예를 들면, 도 4에 도시하는 바와 같이, 잠금 기구(13)는, 잠금 부재(14)를 구비하고 있고, 잠금 부재(14)는, 베이스 조(6)에 걸어맞추는 걸어맞춤부(係合部)(14a)를 가지고 있다. 잠금 상태에서는, 잠금 부재(14)가, 로봇 암 등의 외부 장치 또는 구동부로부터의 힘을 받아서 베이스 조(6) 측으로 이동해서 걸어맞춤부(14a)가 베이스 조(6)의 피걸어맞춤부(6a)에 걸어맞춰진다. 잠금해제 상태에서는, 잠금 부재(14)가, 상기 힘으로부터 해방되어 스프링력으로 베이스 조(6)로부터 떨어지는(이간하는) 방향으로 이동하여, 걸어맞춤이 해제된다. 베이스 조(6)에 있어서, 부착홈(4)에의 삽입 상태에서 척 본체(2)의 중심측으로 되는 단부에는, 좌우 폭을 단부측으로 감에 따라 끝이 가늘어지게 하는 가이드부로서의 경사면(9, 9)이 형성되어 있다. 또, 베이스 조(6)의 상부에는, 탑 조(8)보다도 위쪽으로 돌출하는 파지 블럭(10)이 고정되어 있고, 파지 블럭(10)의 좌우 측면에는, 후술하는 발톱 교환용 핸드(20)에 의한 클램프용의 오목부(11, 11)가, 깊어질수록 상하폭이 좁아지는 테이퍼모양으로 오목하게 마련되어 있다.

여기에서는 플런저가 후퇴하면, 각 마스터 조(3)가 축심측으로 이동해서 발톱(5)을 일체로 이동시켜서 워크를 클램프하고(붙잡고), 플런저가 전진하면, 각 마스터 조(3)가 외주측으로 이동해서 워크를 언클램프(클램프해제)한다.

한편, 각 마스터 조(3)에 마련한 잠금 기구(13)는, 베이스 조(6)의 잠금/잠금해제 상태에 따라 변위하는 봉모양의 변위 부재(15)를 구비하고 있다. 변위 부재(15)는, 척 본체(2)로부터 돌출 상태로 마련되어 있다. 이 변위 부재(15)는, 베이스 조(6)의 잠금해제 상태에서는, 도 1의 상측의 발톱(5)으로 나타내는 바와 같이, 잠금 부재(14)(도 4 참조)로 밀어올려져서, 정면에서 보았을 때에 있어서(정면시로) 파지 블럭(10)을 넘어 척 본체(2)의 지름 방향 외측으로 길게 돌출한다. 한편, 변위 부재(15)는, 베이스 조(6)의 잠금 상태에서는, 도 1의 하측 좌우의 2개의 발톱(5, 5)으로 나타내는 바와 같이, 잠금 부재(14)의 오목부(14b)에 빠져들어가고, 정면에서 보았을 때에 있어서 파지 블럭(10)을 약간(조금) 넘는 위치까지 척 본체(2)의 지름 방향 내측으로 쑥 들어가도록 되어 있다.

발톱(5)의 교환에는, 반송 장치로서의 로봇 암(12)이 이용된다. 이 로봇 암(12)은, 복수의 암으로 이루어지는 다관절형(多關節型)으로, 로봇 암(12)의 선단에는, 발톱 교환용 핸드(20)가 마련되어 있다. 로봇 암(12)은, 척(1)에 마련된 부착홈(4)에 대해서, 핸드부(24)에 파지된 발톱(5)을 넣었다 뺐다 하도록 구성되어 있다. 또한, 발톱 교환용 핸드(20) 단독의 설명에서는, 로봇 암(12)측을 후방으로 한다.

발톱 교환용 핸드(20)는, 로봇 암(12)에 부착되어, 공작 기계(100)의 척(1)에 마련한 부착홈(4)에 발톱(5)을 착탈하기 위해서 사용된다. 이 발톱 교환용 핸드(20)는, 로봇 암(12)의 선단에, 암 선단의 회전축과 동축으로 부착되는 축부(21)와, 축부(21)의 전단에 부착되는 측면에서 보았을 때 쓰러진 L자 모양의 브래킷(22)과, 브래킷(22)에 하향으로 부착되는 컴플라이언스 장치(23)와, 컴플라이언스 장치(23)에 부착되어, 발톱(5)을 파지가능한(꽉 움켜쥘 수 있는) 핸드부(24)를 구비하고 있다.

브래킷(22)은, 축부(21)와 직교상태로 고정되는 세로판부(25)와, 세로판부(25)의 상단으로부터 전방으로 돌출하는 가로판부(26)를 가진다. 세로판부(25)의 중앙에는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 전방으로 돌출하도록 힘을 받는 누름부(押壓部)(28)를 구비한 플런저(27)가 전향(前向)으로 고정되고, 그의 하측에는, 전방으로 돌출하는 접촉자(30)를 구비한 발톱 잠금 확인 장치로서의 접촉식 센서(29)가, 전향으로 고정되어 있다.

컴플라이언스 장치(23)는, 핸드부(24)를 로봇 암(12)에 부착하도록 구성되어 있고, 로봇 암(12)과 핸드부(24) 사이의 상대적인 변위를 허용하도록 구성되어 있다. 이 컴플라이언스 장치(23)는, 브래킷(22)의 가로판부(26)의 하면에 부착되는 보디(body)(35)와, 브래킷판(37)을 거쳐 핸드부(24)가 부착되는 베이스(base)(36)와, 보디(35)와 베이스(36) 사이에 개재되어 보디(35) 및 베이스(36)의 상대적인 변위를 허용하는 컴플라이언스 기구부(38)를 구비하고 있다. 컴플라이언스 기구부(38)는, 변위한 보디(35)와 베이스(36)를 원점 위치로 복귀시키는 복귀 기구와, 원점 위치에서 보디(35)와 베이스(36)와의 상대적인 변위를 규제하는 컴플라이언스 잠금 기구를 구비하고 있다.

예를 들면, 컴플라이언스 장치(23)는, 도 2c에 도시하는 바와 같은 구성으로 해도 좋다. 도 2c에 도시하는 컴플라이언스 기구부(38)는, 보디(35)와 베이스(36) 사이에 개재된 피스톤(38a)과, 피스톤(38a)의 일측(보디(35) 측)에 마련된, 압축 유체(예를 들면, 압축 공기)가 공급되는 피스톤실(38b)을 포함하고 있다. 피스톤(38a)은, 베이스(36)와 스프링(38c)으로 연결되어 있다. 또, 피스톤(38a)에, 제1 보존유지부(38d)가 마련되어 있고, 이 제1 보존유지부(38d)와 베이스(36) 사이에 강구(鋼球)(38e)가 개재되어 있다. 강구(38e)와 베이스(36) 사이에는, 제2 보존유지부(38f)가 마련되어 있고, 제1 보존유지부(38d)와 제2 보존유지부(38f)에 의해서 강구(38e)가 보존유지되어 있다. 또, 보디(35)는, 보존유지부(38d, 38f) 및 강구(38e)보다도 외주측에 마련된 보디 고리모양부(38g)를 포함하고 있다. 이 보디 고리모양부(38g)는, 그의 하부에 마련된 제1 맞닿음면(當接部)(38h)을 포함하고 있다. 베이스(36)는, 이 제1 맞닿음면(38h)에 맞닿음가능한 제2 맞닿음면(38j)과, 보디 고리모양부(38g)보다도 외주측에 마련된 베이스 고리모양부(38k)를 포함하고 있다.

도 2c에 도시하는 잠금(lock) 상태에서는, 피스톤실(38b)에 압축 유체가 공급되어, 보디 고리모양부(38g)가 상대적으로 상승해서 베이스 고리모양부(38k)에 아래쪽으로부터 맞닿는다. 이것에 의해, 보디(35)와 베이스(36)와의 상대적인 변위가 규제된다. 한편, 도 2d에 도시하는 잠금해제(unlock) 상태에서는, 피스톤실(38b)에 압축 유체가 공급되지 않고, 보디 고리모양부(38g)가 베이스 고리모양부(38k)에 대해서 상대적으로 아래쪽으로 이동하고, 보디 고리모양부(38g)가 베이스 고리모양부(38k)로부터 이간한다. 이것에 의해, 보디(35)와 베이스(36)는, 3차원 방향 및 중심 축선을 중심으로 한 회전 방향으로 상대적인 변위가 허용가능하게 된다.

핸드부(24)는, 브래킷판(37)에 전향으로 고정되는 본체(40)와, 본체(40)의 앞부에 마련되는 좌우 한쌍의 파지 발톱(41, 41)을 구비하고, 컴플라이언스 장치(23)를 거쳐 브래킷(22)으로부터 걸어매달아 지지되어 있다.

본체(40)의 뒷면에는, 플런저(27)에 대향하는 원형 오목부(42)가 형성되어 있고, 이 원형 오목부(42)의 중심에 플런저(27)의 누름부(28)가 맞닿음으로써, 컴플라이언스 장치(23)에서 걸어매달아 지지되는 본체(40)의 과도한 흔들림을 규제하고 있다. 또, 본체(40)의 앞면에는, 좌우 방향으로 연장하는 가이드 홈(43)이 형성되어 있다.

다음에, 파지 발톱(41)은, 본체(40)에 슬라이드가능하게 연결되는 슬라이드부(44)와, 슬라이드부(44)로부터 하향으로 연결되는 발톱부(45)를 구비한다. 슬라이드부(44)는, 도 2a, 도 3 및 도 7에 도시하는 바와 같이, 본체(40)의 가이드 홈(43)에 끼워맞추는 끼워맞춤부(嵌合部)(46)로서, 플런저(27)에 대해서 좌우 양측에 마련된 끼워맞춤부(46)와, 끼워맞춤부(46)의 중간 부위로부터 전방으로 돌출하는 지지부(47)를 포함하고, 평면에서 보았을 때 T자 모양으로 형성되어 있다(도 2 b 참조). 좌우의 끼워맞춤부(46, 46)는, 본체(40) 내에 마련한 구동부(44a)(도 2b 참조)에 의해서 동조(同調)해서 상반(相反) 방향으로 슬라이드가능하게 되어 있다. 구동부(44a)는, 예를 들면, 도 2b에 도시하는 바와 같이, 공압(空壓) 구동되는 피스톤(44b)과, 피스톤(44b)과 슬라이드부(44)를 연결하는 한쌍의 링크 기구(44c)를 포함하고 있다. 이와 같은 구성에 의해, 구동부(44a)를 구동시키는 것에 의해, 슬라이드부(44, 44)를 상반 방향으로 슬라이드시킬 수가 있다.

발톱부(45)는, 슬라이드부(44)의 지지부(47)의 좌우 외면에 상단이 연결되어 하향으로 매달리는(늘어뜨려지는) 판모양으로, 서로의 대향면의 하단 가까이(근방)의 위치에는, 돌기(48)가, 서로의 상대측을 향해 돌출해서 마련되어 있다. 각 돌기(48)의 선단은, 선단으로 갈수록 상하 폭이 좁아지는 테이퍼모양으로 형성되어 있다. 이 발톱부(45, 45)는, 슬라이드부(44, 44)의 슬라이드에 의해, 돌기(48, 48)가 베이스 조(6)의 파지 블럭(10)의 오목부(11, 11)에 각각 삽입되어 파지 블럭(10)을 좌우로부터 끼워유지(挾持)하는 클램프 위치와, 파지 블럭(10)의 좌우 측면으로부터 떨어져서 돌기(48, 48)가 오목부(11, 11)로부터 빼내어지는 언클램프 위치 사이에서 개폐 동작가능하게 되어 있다.

이상과 같이 구성된 공작 기계(100)에 있어서, 척(1)으로부터 발톱(5)을 분리할(떼어낼) 때에는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 꺼낼 발톱(5)이 상측으로 되는 회전 위치에 척 본체(2)를 이끌어내어서 마스터 조(3)의 잠금 기구(13)를 해제한 상태로 한다. 이 때 변위 부재(15)는 잠금해제 위치로 돌출해 있다.

다음에, 로봇 암(12)에 의해서, 발톱 교환용 핸드(20)를, 핸드부(24)의 발톱부(45, 45)를 언클램프 위치로 한 상태에서, 센서(29)의 접촉자(30)가 파지 블럭(10)의 상측에 위치하는 높이에서 척 본체(2)에 전방으로부터 접근시킨다. 이 때, 변위 부재(15)가 잠금해제 위치이면, 도 3에 도시하는 바와 같이, 접촉자(30)가 변위 부재(15)에 맞닿기 때문에, 센서(29)로부터의 검출 신호에 의해서 발톱(5)의 잠금해제 상태를 확인할 수 있다.

잠금해제 상태를 확인했으면, 로봇 암(12)에 의해서, 발톱 교환용 핸드(20)를, 발톱부(45, 45)가 파지 블럭(10)의 오목부(11, 11)의 전방 외측에 위치하는 높이로 이동시켜서, 발톱부(45, 45)의 돌기(48, 48)를 오목부(11, 11)의 외측에 위치시킨다.

그 후, 슬라이드부(44)와 함께 발톱부(45, 45)를 클램프 위치에 슬라이드시키면, 도 4에 도시하는 바와 같이, 돌기(48, 48)가 각각 오목부(11, 11)에 걸어맞춰지고, 핸드부(24)에 의해서 발톱(5)을 파지할 수가 있다. 이 때 돌기(48)와 오목부(11)와의 상하 방향의 상대 위치에 다소의 오차가 있더라도, 오목부(11)의 테이퍼모양 사면(斜面)과 돌기(48) 선단의 테이퍼모양 사면의 안내에 의해서 오차는 흡수되고, 양자는 원활하게 걸어맞출 수가 있다.

그리고, 이곳으로부터 발톱 교환용 핸드(20)를 상승시키면, 발톱(5)을 부착홈(4)으로부터 위쪽으로 빼낼 수가 있다.

이 때, 컴플라이언스 장치(23)의 컴플라이언스 기구부(38)에 의해, 베이스(36)가 보디(35)에 대해서 핸드부(24)마다 변위해서 위치의 수정을 행하기 때문에, 베이스 조(6)를 부착홈(4)으로부터 원활하게 빼낼 수가 있다. 그리고, 로봇 암(12)에 의해서 발톱(5)을 도시하지 않는 발톱 스토커에 수납하면, 분리(떼어냄)은 완료한다. 이와 같이 해서, 척(1)에 마련한 부착홈(4)으로부터 발톱(5)이 분리된다.

한편, 척(1)에 발톱(5)을 부착할(장착할) 때는, 발톱 스토커로부터, 로봇 암(12)에 의해서 교환할 발톱(5)을 꺼낸다.

그리고, 로봇 암(12)에 의해서 발톱(5)을, 척 본체(2)의 위쪽으로 반송한다. 이 때, 컴플라이언스 장치(23)에서는, 컴플라이언스 기구부(38)의 컴플라이언스 잠금 기구에 의해, 보디(35)와 베이스(36)를 원점 위치에서 고정해서, 반송 시의 발톱(5)의 흔들림을 규제한다.

다음에, 발톱(5)을, 도 5, 도 6에 도시하는 바와 같이, 베이스 조(6)가 부착홈(4)의 위쪽 연장 상으로 되는 위치에 위치결정한다. 여기서, 컴플라이언스 기구부(38)의 보디(35)와 베이스(36)의 고정을 해제한다.

이 상태에서 발톱 교환용 핸드(20)에 의해서 발톱(5)을 아래쪽으로 슬라이드시키면, 베이스 조(6)가 부착홈(4)의 상측의 개구(입구)에 끼워맞춰진다. 이 때, 부착홈(4)과 베이스 조(6) 사이에 좌우 방향으로의 다소의 오차가 있더라도, 도 8a에 도시하는 바와 같이, 베이스 조(6)의 하단에 마련한 경사면(9, 9)에 의해서 좌우 위치의 수정이 이루어져서 베이스 조(6)의 하단은 부착홈(4)의 입구로 유도된다.

계속해서 도 8b에 도시하는 바와 같이, 컴플라이언스 장치(23)의 컴플라이언스 기구부(38)에 의해, 베이스(36)가 보디(35)에 대해서 핸드부(24)마다 변위해서 위치의 수정을 행하기 때문에, 베이스 조(6)를 부착홈(4)에 원활하게 삽입할 수가 있다. 베이스 조(6)가 부착홈(4) 내에 진입한 후, 마스터 조(3)의 잠금 기구(13)에 의해서 발톱(5)은 잠긴다(걸린다).

그리고, 발톱 교환용 핸드(20)로, 핸드부(24)의 발톱부(45, 45)를 슬라이드부(44)와 함께 언클램프 위치로 슬라이드시켜서 발톱(5)을 언클램프한 후, 발톱 교환용 핸드(20)를 상승시키면, 핸드부(24)가 척 본체(2)로부터 이간한다. 이와 같이 해서, 공작 기계(100)의 척(1)에 마련한 부착홈(4)으로 교환해야 할 발톱(5)이 부착된다.

이상의 순서를, 척 본체(2)를 회전시켜서 부착홈(4)을 순번대로 이끌어내어서 반복함으로써, 모든 발톱(5)의 교환이 가능해진다.

이와 같이, 상기 형태 1의 발톱 교환용 핸드(20), 발톱 자동 교환 방법 및 발톱 자동 교환 시스템(200)에 의하면, 로봇 암(12)에의 부착 상태에서 로봇 암(12)과 핸드부(24) 사이의 상대적인 변위를 허용하는 컴플라이언스 장치(23)를 구비함으로써, 온도 변화나 각 장치의 반복 정밀도의 저하에 따른 위치 어긋남이라는 주위의 환경 변화에 대해 순응해서 확실하게 발톱(5)을 착탈할 수가 있다.

특히 여기에서는, 핸드부(24)에, 부착홈(4)으로부터 발톱(5)을 분리할 때에, 척(1)에 마련된 잠금 기구(13)에 의한 발톱(5)의 잠금/잠금해제 상태를 확인하는 발톱 잠금 확인 장치(센서(29))를 마련하고 있으므로, 발톱(5)이 잠긴 상태에서 분리 동작이 될 우려를 회피할 수가 있다.

또, 잠금 기구(13)는, 발톱(5)의 잠금/잠금해제 상태에 따라 변위하는 변위 부재(15)를 구비하고, 발톱 잠금 확인 장치는, 변위 부재(15)의 위치를 검출하는 센서(29)를 포함한다. 이 때문에, 잠금 기구(13)의 변위 부재(15)를 이용해서 발톱(5)의 잠금/잠금해제 상태의 확인을 용이하게 행할 수가 있다.

또, 센서(29)를 접촉식으로 하고 있으므로, 변위 부재(15)의 변위를 확실하게 검출할 수 있다. 특히, 컴플라이언스 장치(23)를 거쳐 부착되는 핸드부(24)에 센서(29)가 마련됨으로써, 접촉시키는 발톱(5)의 자세가 나쁜 경우라도 센서(29)에의 부하를 경감할 수 있어, 손상의 우려를 해소할 수 있다. 따라서, 선단이 한 방향으로밖에 동작하지 않는 센서라도 사용가능해진다.

그리고, 상기 형태 1의 발톱 자동 교환 시스템(200)에 의하면, 상술한 효과에 더하여, 베이스 조(6)에, 발톱(5)이 부착홈(4)에 삽입될 때에 발톱(5)을 부착홈(4)의 입구로 안내하는 가이드부(경사면(9, 9))가 마련되어 있으므로, 발톱(5)이 부착홈(4)의 입구로 확실하게 유도되어 원활한 발톱(5)의 장착이 가능해진다.

또한, 상기 형태 1에서는, 오목부(11)를 구비한 파지 블럭(10)을 발톱(5)에 일체로 마련하고 있지만, 파지 블럭(10)을 생략해서 베이스 조(6)의 측면에 오목부를 직접 형성해도 좋다.

[형태 2]

다음에, 본 발명의 다른 형태를 설명한다. 다만, 척(1)을 비롯해서 형태 1과 동일한 구성부에는 동일한 부호를 붙여서 중복되는 설명은 생략한다. 다만, 형태 2에서는 발톱 교환용 핸드(20)도 척 본체(2)에 준해 전후의 방향을 특정한다.

형태 1에서는, 전향의 로봇 암(12)에 대해서 축부(21) 및 브래킷(22)을 거쳐 컴플라이언스 장치(23)를 하향으로 걸어매달아 지지하고, 컴플라이언스 장치(23)를 거쳐 핸드부(24)를 전향으로 지지하는 구조로 되어 있지만, 형태 2에서는, 도 9, 도 10에 도시하는 바와 같이, 하향의 로봇 암(12)의 하단에 컴플라이언스 장치(23)를 하향으로 걸어매달아 지지하고, 컴플라이언스 장치(23)를 거쳐 핸드부(24A)를 하향으로 지지하고 있다.

여기서의 핸드부(24A)는, 브래킷판(37)에 하향으로 고정되는 본체(50)와, 본체(50)의 정면측에 마련되는 앞(前)서포트판(51)과, 본체(50)의 배면측에 마련되는 뒤(後)서포트판(52)과, 본체(50)의 좌우 양측에 마련되는 파지 발톱(53, 53)을 구비하고 있다. 센서(29)는, 뒤서포트판(52)의 후방에서 브래킷판(37)으로부터 하향으로 고정되어 있다.

앞 서포트판(51)은,도 11에 도시하는 바와 같이, 상단이 본체(50)의 정면에 고정되고 하단이 본체(50)의 전방에서 본체(50)와 평행하게 연장하는 측면에서 보았을 때 역L자 모양을 가지고, 상단 하면에는, 발톱(5)의 탑 조(8)의 상면에 맞닿는 누름 로드(54)가 하향으로 마련되어 있다. 또, 앞 서포트판(51)의 하단 배면에는, 탑 조(8)의 앞면에 맞닿는 서포트 가이드(55)가 마련되어 있다.

뒤 서포트판(52)은, 상단이 본체(50)의 배면에 고정되고 하단이 본체(50)의 아래쪽에서 후방으로 연장하는 측면에서 보았을 때 L자 모양을 가지고, 하단에는, 발톱(5)의 베이스 조(6)의 상면에 맞닿는 좌우 한쌍의 누름 볼트(56, 56)가 하향으로 나사결합되어 있다.

파지 발톱(53)은, 본체(50)의 좌우에 마련한 한쌍의 가이드 홈(57)에 각각 끼워맞추고, 본체(50)의 측면으로부터 좌우 방향으로 출몰가능한 슬라이드부(58)와, 슬라이드부(58)의 하면에 고정되어 하향으로 매달리고(늘어뜨려지고), 서로의 대향면에 돌기(60)를 형성한 발톱부(59)를 구비하고 있다. 좌우의 슬라이드부(58)는, 본체(50) 내에 마련한 구동부(44a)(도 2b 참조)에 의해서 동조해서 상반 방향으로 슬라이드가능하게 되어 있다. 이 슬라이드에 의해, 좌우의 발톱부(59, 59)는, 돌기(60, 60)가 베이스 조(6)의 좌우 측면에 직접 마련한 오목부(11, 11)에 각각 삽입해서 베이스 조(6)를 좌우로부터 끼워유지하는 클램프 위치와, 베이스 조(6)의 좌우 측면으로부터 떨어져서 돌기(60, 60)가 오목부(11, 11)로부터 빼내어지는 언클램프 위치 사이에서 개폐 동작가능하게 되어 있다.

이상과 같이 구성된 공작 기계(100)에 있어서, 척(1)으로부터 발톱(5)을 분리할(떼어낼) 때에는, 형태 1과 마찬가지로, 꺼낼 발톱(5)이 상측으로 되는 회전 위치로 척 본체(2)를 이끌어내어서 마스터 조(3)의 잠금 기구(13)를 해제한 상태로 한다. 이 때 변위 부재(15)는 잠금해제 위치로 돌출해 있다.

다음에, 로봇 암(12)에 의해서, 발톱 교환용 핸드(20)를, 핸드부(24A)의 발톱부(59, 59)를 언클램프 위치로 한 상태에서, 척 본체(2)의 위쪽으로 이동시키고, 그대로 도 11에 도시하는 바와 같이, 센서(29)의 접촉자(30)를 변위 부재(15)의 바로 위에 위치시킨다. 이 때 앞서포트판(51)의 서포트 가이드(55)가 탑 조(8)의 앞면과 간섭하지만, 여기에서는 볼트(7)가 나사결합되는 볼트구멍(16)에 서포트 가이드(55)를 진입시킴으로써 맞닿음이 회피되기 때문에, 후방으로의 이동은 허용된다.

그리고, 변위 부재(15)가 잠금해제 위치이면, 접촉자(30)가 변위 부재(15)에 맞닿기 때문에, 센서(29)로부터의 검출 신호에 의해서 발톱(5)의 잠금해제 상태를 확인할 수 있다.

잠금해제 상태를 확인했으면, 로봇 암(12)에 의해서, 발톱 교환용 핸드(20)를, 전방으로 이동시킨 후, 아래쪽으로 이동시켜서, 도 12에 도시하는 바와 같이, 핸드부(24A)의 누름 로드(54)가 탑 조(8)의 상면에, 누름 볼트(56, 56)가 베이스 조(6)의 상면에 각각 맞닿고, 서포트 가이드(55)가 탑 조(8)의 앞면에 맞닿는 위치에서 정지시킨다. 이 경우, 베이스 조(6)의 상단에, 접촉자(30)가 맞닿아서 정지 위치를 확인하는 맞닿음편(當接片)(17)을 마련해도 좋다.

그 후, 슬라이드부(58)와 함께 발톱부(59, 59)를 클램프 위치로 슬라이드시키면, 핸드부(24A)에 의해서 발톱(5)을 파지할 수가 있다. 그곳으로부터 발톱 교환용 핸드(20)를 상승시키면, 발톱(5)을 부착홈(4)으로부터 위쪽으로 빼낼 수가 있다.

이 때, 컴플라이언스 장치(23)의 컴플라이언스 기구부(38)에 의해, 베이스(36)이 보디(35)에 대해서 핸드부(24A)마다 변위해서 위치의 수정을 행하기 때문에, 베이스 조(6)를 부착홈(4)으로부터 원활하게 빼낼 수가 있다. 그리고, 로봇 암(12)에 의해서 발톱(5)을 도시하지 않는 발톱 스토커에 수납하면, 분리(떼어냄)는 완료한다. 이와 같이 해서, 척(1)에 마련한 부착홈(4)으로부터 발톱(5)이 분리된다.

한편, 척(1)에 발톱(5)을 부착할(장착할) 때는, 발톱 스토커로부터, 로봇 암(12)에 의해서 교환할 발톱(5)을 꺼낸다.

그리고, 로봇 암(12)에 의해서 발톱(5)을, 척 본체(2)의 위쪽으로 반송한다. 이 때, 컴플라이언스 장치(23)에서는, 컴플라이언스 기구부(38)의 컴플라이언스 잠금 기구에 의해, 보디(35)와 베이스(36)를 원점 위치에서 고정해서, 반송 시의 발톱(5)의 흔들림을 규제한다.

다음에, 발톱(5)을, 도 13, 도 14에 도시하는 바와 같이, 베이스 조(6)가 부착홈(4)의 위쪽 연장 상으로 되는 위치에 위치결정한다. 여기서, 컴플라이언스 기구부(38)의 보디(35)와 베이스(36)의 고정을 해제한다.

이 상태에서 발톱 교환용 핸드(20)에 의해서 발톱(5)을 아래쪽으로 슬라이드시키면, 베이스 조(6)가 부착홈(4)의 상측의 개구(입구)에 끼워맞춰진다. 이 때, 부착홈(4)과 베이스 조(6) 사이에 좌우 방향으로의 다소의 오차가 있더라도, 도 15a에 도시하는 바와 같이, 베이스 조(6)의 하단에 마련한 경사면(9, 9)에 의해서 좌우 위치의 수정이 이루어져서 베이스 조(6)의 하단은 부착홈(4)의 입구로 유도된다.

계속해서 도 15b에 도시하는 바와 같이, 컴플라이언스 장치(23)의 컴플라이언스 기구부(38)에 의해, 베이스(36)가 보디(35)에 대해서 핸드부(24A)마다 변위해서 위치의 수정을 행하기 때문에, 베이스 조(6)를 부착홈(4)에 원활하게 삽입할 수가 있다. 베이스 조(6)가 부착홈(4) 내에 진입한 후, 마스터 조(3)의 잠금 기구(13)에 의해서 발톱(5)은 잠긴다.

그리고, 발톱 교환용 핸드(20)로, 핸드부(24A)의 발톱부(59, 59)를 언클램프 위치로 슬라이드시켜서 발톱(5)을 언클램프한 후, 발톱 교환용 핸드(20)를 상승시키면, 핸드부(24A)가 척 본체(2)로부터 이간해서 도 9의 상태로 된다. 이와 같이 해서, 공작 기계(100)의 척(1)에 마련한 부착홈(4)에 교환해야 할 발톱(5)이 부착된다.

이상의 순서를, 척 본체(2)를 회전시켜서 부착홈(4)을 순번대로 이끌어내어서 반복함으로써, 모든 발톱(5)의 교환이 가능해진다.

이와 같이, 상기 형태 2의 발톱 교환용 핸드(20), 발톱 자동 교환 방법 및 발톱 자동 교환 시스템(200)에 있어서도, 로봇 암(12)에의 부착 상태에서 로봇 암(12)과 핸드부(24A) 사이의 상대적인 변위를 허용하는 컴플라이언스 장치(23)를 구비함으로써, 온도 변화나 각 장치의 반복 정밀도의 저하에 따른 위치 어긋남이라는 주위의 환경 변화에 대해 순응해서 확실하게 발톱(5)을 착탈할 수가 있다. 또, 형태 1과 마찬가지로, 발톱 잠금 확인 장치(센서(29))를 마련하고 있으므로, 발톱(5)이 잠긴 상태에서 분리 동작이 될 우려를 회피할 수가 있다.

특히 여기에서는, 핸드부(24A)에, 척(1)의 전후 방향에서 발톱(5)에 맞닿아서 그 전후 방향에서 발톱(5)을 위치결정하는 제1 가이드(서포트 가이드(55))와, 부착홈(4)에의 삽입 방향에서 발톱(5)에 맞닿아서 그 삽입 방향에서 발톱(5)을 위치결정하는 제2 가이드(누름 로드(54) 및 누름 볼트 56)로 이루어지는 위치결정부를 마련하고 있으므로, 2방향에서 발톱(5)이 위치결정되어 핸드부(24A)에 의한 발톱(5)의 파지 자세를 안정시킬 수 있고, 보다 원활한 교환이 가능해진다. 또, 핸드부(24A)에서의 파지력의 저감도 가능해진다.

또한, 상기 형태 2에서는, 제2 가이드로서 1개의 누름 로드(54)와 2개의 누름 볼트(56, 56)를 전후에 마련하고 있지만, 수나 형상은 이것에 한정되지 않고, 전후 모두 1개씩 혹은 2개씩으로 하거나, 로드나 볼트가 아니라 판체나 블럭체 등을 채용해도 좋다. 다만, 제2 가이드로서는 전후 양쪽에 한정되지 않고, 어느 한쪽만으로 해도 좋다. 제1 가이드도, 서포트 가이드(55)를 1개로 하는 것에 한정되지 않고, 상하나 좌우에 복수 마련하거나, 형상을 변경하거나 해도 지장없다.

또, 상기 형태 2에서는, 핸드부(24A)에 파지되는 오목부(11)를 베이스 조(6)의 측면에 마련하고 있지만, 형태 1과 같은 파지 블럭(10)을 이용해도 좋다.

그리고, 각 형태에 공통해서, 발톱 잠금 확인 장치의 센서(29)의 형태는 적당히 변경가능하고, 터치 프로브 등도 채용할 수 있다. 물론 접촉식의 센서에 한정되지 않고, 근접 센서 등의 비접촉식 센서도 사용할 수 있으며, 센서에 한정되지 않고 마이크로스위치 등도 사용할 수 있다. 또, 변위 부재(15)가 있는 구조에 한정되지 않고, 잠금 기구(13)측에 잠금/잠금해제 상태에서 변위하는 구성부가 있으면 센서 등으로 확인가능하다.

또한, 발톱 잠금 확인 장치로서는, 센서(29) 등을 이용하지 않고, 척의 제어장치측에서 잠금/잠금해제 상태에 따른 신호를 출력시켜서 반송 장치측에서 그 신호에 기초하여 잠금 상태를 확인하는 경우도 포함된다.

또, 상기 형태 1, 2에서는, 가이드부인 경사면(9, 9)을 발톱(5)측(베이스 조(6))에 마련하고 있지만, 부착홈(4)의 입구측에 경사면을 마련해도 좋으며, 발톱(5)과 부착홈(4)의 입구의 쌍방에 마련해도 좋다. 가이드부로서는 경사면에 한정되지 않고, 곡면 등도 채용할 수 있다.

또한, 부착홈(4)을 상측으로 이끌어내어 발톱(5)의 교환을 행하고 있지만, 반송 장치의 형태 등에 따라서는 상측에 한정되지 않고, 척(1)의 횡측이나 하측을 교환 위치로 해도 마찬가지로 발톱(5)의 교환은 가능하다.

그리고, 척(1)에 대한 발톱(5)의 분리(떼어냄)와 부착을 한개씩 순번대로 행하고 있지만, 최초에 로봇 암(12) 등에 의해서 척(1)으로부터 모든 발톱(5)을 분리한 후, 로봇 암(12) 등으로 발톱(5)의 부착을 연속해서 행하는 순서로 해도 지장없다.

한편, 반송 장치도 로봇 암(12)에 한정되지 않고, 로더나 교환 전용으로 마련한 암 등이더라도 좋다. 선반의 터릿(칼날대(刃物台))도 반송 장치로서 사용가능하다.

Claims (6)

1. 반송 장치에 부착되어, 공작 기계의 척에 마련된 부착홈에 발톱을 착탈하는 척의 발톱 교환용 핸드로서,
   상기 발톱을 파지가능한 핸드부와,
   상기 핸드부를 상기 반송 장치에 부착해서, 상기 반송 장치와 상기 핸드부 사이의 상대적인 변위를 허용하는 컴플라이언스 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 발톱 교환용 핸드.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 부착홈으로부터 상기 발톱을 분리할 때에, 상기 척에 마련된 잠금 기구에 의한 상기 발톱의 잠금/잠금해제 상태를 확인하는 발톱 잠금 확인 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 발톱 교환용 핸드.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 잠금 기구는, 상기 발톱의 잠금/잠금해제 상태에 따라 변위하는 변위 부재를 구비하고,
   상기 발톱 잠금 확인 장치는, 상기 변위 부재의 위치를 검출하는 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 발톱 교환용 핸드.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 센서는 접촉식인 것을 특징으로 하는 발톱 교환용 핸드.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 발톱 교환용 핸드를 상기 반송 장치에 부착하는 공정과,
   상기 공작 기계의 상기 척에 마련된 상기 부착홈으로부터 상기 발톱을 착탈하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 척의 발톱 자동 교환 방법.
6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 발톱 교환용 핸드와,
   상기 부착홈이 마련된 상기 공작 기계의 상기 척과,
   상기 발톱 교환용 핸드가 부착되어, 상기 부착홈에 대해서 상기 발톱을 넣었다 뺐다 하는 반송 장치를 구비하고,
   상기 부착홈과 상기 발톱의 적어도 한쪽에, 상기 발톱이 상기 부착홈에 삽입될 때에 상기 발톱을 상기 부착홈의 입구로 안내하는 가이드부가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 척의 발톱 자동 교환 시스템.

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