JP7092707B2

JP7092707B2 - 加工システム及び加工方法

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Publication number: JP7092707B2
Application number: JP2019085859A
Authority: JP
Inventors: 進前川; セイトウ
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-04-26
Filing date: 2019-04-26
Publication date: 2022-06-28
Anticipated expiration: 2039-04-26
Also published as: US11602817B2; JP2020179488A; DE102020203536A1; CN111857044A; US20200338678A1

Description

本発明は、加工システム及び加工方法に関する。

例えばマシニングセンタ等の加工装置においてワークを加工する際に、加工装置内に保持されるワークの位置（姿勢情報を含む）を測定して、工具とワークとの相対位置を定めることが必用となる場合がある。加工装置内でワークの形状を測定すると、サイクルタイムが長くなるため、加工効率が低下するおそれがある。また、長い時間加工を休止してワークの測定を行うと、測定中に加工装置の温度が低下し、加工時の温度が再上昇するため、熱変位により加工精度が低下するおそれがある。

比較的短時間でワークの位置を測定する方法として、画像処理技術を用いる方法がある。例として、下記特許文献１には、ワークを保持する移動手段と、該移動手段に保持されるワークの被加工部位を撮影する撮影エリアに配設される撮影手段と、該撮影手段で撮影した画像をもとに、前記被加工部位の位置ズレを検出する位置ズレ検出手段と、を備えてなり、前記位置ズレ及び前記撮影エリアから前記被加工部位を加工するための加工エリアまでの所定の移動距離に応じて前記移動手段を駆動することにより、前記位置ズレを補正するとともに、ワークを前記撮影エリアから前記加工エリアへ移動することを特徴とするワーク補正装置を備える加工装置が開示されている。

特開２００７－２６５２３７号公報

特許文献１に記載されるように、加工装置内に撮影手段を設けると、例えば切粉、切削油等による撮像手段の汚れ、ワークの照明不良、及び振動等によりワークを適切に撮像することができず、ワークの位置を正確に測定することができなくなるおそれがある。このため、加工のサイクルタイムを増大させずにワークの位置を正確に測定することができる技術が求められている。

本開示の一態様に係る加工システムは、複数のワークを保持する冶具と、前記冶具に保持される複数のワークを測定する測定装置と、前記冶具に保持される複数のワークを加工する加工装置と、を備え、前記冶具は、前記加工装置により位置決め又は位置検出される基準部を有し、前記測定装置は、前記冶具に保持される前記複数のワークの前記基準部に対する位置関係を測定する測定部と、前記測定部が測定した前記複数のワークの位置情報を記録媒体又は通信を用いて前記加工装置に入力する入力部と、を有し、前記加工装置は、前記冶具の基準部を位置決め又は位置測定することにより前記冶具の座標系を特定する冶具座標系特定部と、前記冶具座標系特定部が特定した前記冶具の座標系、及び前記入力部から入力される前記位置情報に基づいて、前記複数のワークの座標系を個別に設定するワーク座標系設定部と、を有する。

本開示の別の態様に係る加工方法は、加工装置により位置決め又は位置検出される基準部を有する冶具に複数のワークを保持させる工程と、前記冶具に保持される前記複数のワークの前記基準部に対する位置関係を測定する工程と、前記冶具を前記加工装置に移動する工程と、前記加工装置で前記冶具の基準部を位置決め又は位置測定することにより前記冶具の座標系を特定する工程と、前記冶具の座標系、及び前記複数のワークの前記基準部に対する位置関係に基づいて、前記複数のワークの座標系を個別に設定する工程と、前記ワークの座標系を用いて前記加工装置により前記ワークを加工する工程と、を備える。

本開示の一態様に係るによれば、加工システムは、加工のサイクルタイムを増大させずにワークの位置を正確に測定することができる。

本開示の一実施形態に係る加工システムの構成を示す模式図である。本開示の加工システムの冶具を示す模式平面図である。本開示の加工システムにおける加工手順を示すフローチャートである。

以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本開示の一実施形態に係る加工システム１００の構成を示す模式図である。加工システム１００は、ワークＷを加工する。

加工システム１００は、複数のワークＷを保持する冶具１と、冶具１に保持される複数のワークＷを測定する測定装置２と、冶具１に保持される複数のワークＷを加工する加工装置３と、を備える。

冶具１は、図２に例示するように、ワークＷをそれぞれ保持する複数の保持部１１と、加工装置３により位置決め又は位置検出される基準部１２と、を有する。

保持部１１は、それぞれのワークＷを、測定装置２において測定されてから加工装置３により加工され終えるまで、冶具１上に相対移動不能に保持する。このため、保持部１１は、磁力発生手段、クランプ手段等のワークＷを着脱可能に保持できる構成を有してもよく、例えばねじ等の付加的な係合手段を用いてワークＷを保持できるような係合構造を有してもよい。

このように、冶具１が複数の保持部１１を有し、複数のワークＷを保持する場合、個々のワークＷを冶具１に対して正確に位置決めして保持させることは容易ではない。つまり、冶具１上の複数のワークＷは、保持部１１に対する位置決め誤差を有し得る。

基準部１２は、測定装置２及び加工装置３により位置検出又は位置決めが可能に構成される。具体的には、基準部１２は、例えば穴、切欠、突起などの構造とすることができ、冶具１の外縁の角部であってもよい。また、基準部１２は、測定装置２及び加工装置３の構成によっては、光学的に位置を検出可能なマークであってもよい。

基準部１２は、測定装置２及び加工装置３の装置構成の構成によっては１つだけでもよいが、複数設けられることが好ましい。つまり、冶具１は、複数の基準部１２を有することが好ましい。これにより、加工装置３が冶具１の測定装置２における姿勢と加工装置３における姿勢との違いを認識して補正することができる。

冶具１は、高精度が要求される加工においては、例えばインバー材等の熱膨張率が小さい材質によって形成されることが好ましい。具体的には、冶具１の材質の２０℃における線膨張係数（絶対値）の上限としては、１０×１０^－６／Ｋが好ましく、２×１０^－６／Ｋがより好ましい。冶具１の材質の線膨張係数を前記上限以下とすることによって、測定装置２においてワークＷを測定してから加工装置３により加工を終えるまでの間の温度変化によって、ワークＷの相対位置がずれて加工誤差を生じることを抑制できる。

測定装置２は、冶具１に保持される複数のワークＷの基準部１２に対する位置関係を測定する測定部２１と、測定部２１が測定した複数のワークＷの位置情報を記録媒体又は通信を用いて加工装置３に入力する入力部２２と、冶具１の温度を加工装置３内の温度と略等しい温度に調節する温度調節部２３と、を有する。

測定装置２は、加工装置３が１つの冶具１上のワークＷを加工している間に、次以降の加工に供される冶具１に保持されるワークＷの位置及び冶具１の基準部１２の位置を測定することが好ましい。これにより、加工装置３の加工のアイドルタイム、ひいては加工のサイクルタイムを短縮して加工効率を向上することができる。また、加工装置３の加工のアイドルタイムを短縮することにより、加工装置３の加工休止による温度低下を抑制することができる。これにより、加工装置３の熱変位に起因する加工誤差を低減することができる。

測定部２１は、冶具１の基準部１２及び各ワークＷの位置を測定してもよく、冶具１の基準部１２を所定位置に位置決めした状態で各ワークＷの位置を測定してもよい。

測定部２１は、例えばワークＷに接触するタッチプローブを有し、タッチプローブの接触位置を測定する構成としてもよいが、複数のワークＷを保持する冶具１を撮影するカメラ２４と、カメラ２４が撮影した画像に基づいて、複数のワークＷの位置、及び必要に応じて基準部１２の位置を算出する画像処理部２５とを有する公知の構成とすることができる。

カメラ２４は、例えばＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサ等の二次元撮像素子を有する構成とすることができる。画像処理部２５は、例えばＣＰＵ、メモリ等を有するコンピュータ装置に所定の画像処理プログラムを読み込ませることで実現することができる。このような構成とすることにより、きわめて短時間で複数のワークＷの位置を測定することができる。

入力部２２は、測定部２１が測定した各ワークＷの位置情報を、基準部１２の座標に基づいて設定される冶具１の座標系における座標、又は測定装置２の座標系における各ワークＷの座標と基準部１２の座標との組み合わせとして、加工装置３に入力するよう構成することができる。

入力部２２が加工装置３に位置情報を入力するために用いる記録媒体は、特に限定されないが、冶具１に付設されるＩＣタグ等であってもよい。入力部２２が加工装置３に位置情報を入力するために用いる通信は、測定装置２の動作と加工装置３の動作とを協調させるために必要とされる各種の情報を授受するために用いられる通信手段により行うことができ、無線通信であってもよく、有線通信であってもよい。

温度調節部２３は、測定装置２内の冶具１の温度を、加工装置３内のワークＷの加工時に冶具１が保持される場所の温度と略等しい温度に調節する。加工装置３内の温度は、加工により雰囲気温度よりも高くなるため、温度調節部２３は、ヒータ２６を有する構成とすることができる。ヒータ２６は、冶具１に直接熱を伝導させるものであってもよく、輻射熱により冶具１を加熱するものであってもよく、冶具１の周囲の空気を加熱するものであってもよい。

温度調節部２３は、加工装置３の内部の温度Ｔｔを取得する加工装置温度取得部２７と、測定装置２の内部の温度Ｔｍを取得する測定装置温度取得部２８と、加工装置３の内部の温度Ｔｔと測定装置２の内部の温度Ｔｍとの差を小さくするようヒータ２６の出力を制御するヒータ制御部２９と、を有する構成とすることができる。また、温度調節部２３は、冶具１を冷却する手段、例えば外気を取り入れて冶具１に吹き付ける冷却ファン等をさらに有してもよい。

温度調節部２３は、少なくともワークＷの位置測定が行われる冶具１の温度を、好ましくはワークＷの位置測定が行われる冶具１及び次以降にワークＷの位置測定が行われる待機中の冶具１の温度を調節できるように構成されることが好ましい。これにより、冶具１の温度調節のための時間が、測定部２１による測定のサイクルタイムを増大させないので、測定装置２が加工装置３の加工のサイクルタイムを増大させる要因とならない。

測定部２１による測定時の冶具１の温度と加工装置３内の温度との差の上限としては、１０℃が好ましい。測定部２１による測定時の冶具１の温度と加工装置３内の温度との差を前記上限以下とすることによって、熱変位による加工誤差を抑制することができる。なお、冶具１の熱膨張率が十分に小さい場合であっても、ワークＷには熱変位が生じる可能性があるため、冶具１の材質によらず、温度調節部２３によって測定装置２における冶具１の温度を調節することが好ましい。

加工装置３は、冶具１の基準部１２を位置決め又は位置測定することにより、冶具１の加工時の座標系を特定する冶具座標系特定部３１と、冶具座標系特定部３１が特定した冶具の座標系、及び入力部から入力される位置情報に基づいて、複数のワークＷの座標系を個別に設定するワーク座標系設定部３２と、ワーク座標系設定部３２が設定したワークの座標系を用いてワークＷを加工する加工部３３と、を有する。

冶具座標系特定部３１は、加工装置３の座標系に対する冶具１の座標系を特定、つまり、加工装置３内における冶具１の位置及び姿勢を特定する。

ワーク座標系設定部３２は、個々のワークＷの座標系を設定、つまり、加工プログラムにより特定される加工の座標を、それぞれのワークＷの座標系の座標に座標変換する。

加工部３３は、ワーク座標系設定部３２が設定したワークの座標系を用いることによりそれぞれのワークＷの配置に合わせてツールの動作を調整し、各ワークＷを適切に加工する。

加工部３３が行う加工としては、特に限定されないが、例えばドリル加工、レーザ加工、フライス加工等を挙げることができる。

加工システム１００において、複数のワークＷを加工する方法（本開示の一実施形態に係る加工方法）は、図３に示すように、冶具１に複数のワークＷを保持させる工程（ステップＳ０１：保持工程）と、冶具１を測定装置２に供給する工程（ステップＳ０２：冶具供給工程）と、冶具１の温度を調節する工程（ステップＳ０３：温度調節工程）と、冶具１が保持する複数のワークＷの位置を測定する工程（ステップＳ０４：測定工程）と、冶具１を加工装置３に移動する工程（ステップＳ０５：冶具移動工程）と、測定装置２から加工装置３にワークＷの位置情報を入力する工程（ステップＳ０６：位置情報入力工程）と、冶具１の座標系を特定する工程（ステップＳ０７：冶具座標系特定工程）と、各ワークＷの座標系を設定する工程（ステップＳ０８：ワーク座標系設定工程）と、各ワークＷを加工する工程（ステップＳ０９：加工工程）と、冶具１を加工装置３から取り出す工程（ステップＳ１０：冶具取出工程）と、を備える。

ステップＳ０１の保持工程では、冶具１の保持部１１にそれぞれワークＷを取り付ける。この保持工程は、逐次行ってもよく、予め複数の冶具１にそれぞれ複数のワークＷを保持させておいてもよい。

ステップＳ０２の冶具供給工程では、保持工程で複数のワークＷを保持させた冶具１を測定装置２に供給する。

ステップＳ０３の温度調節工程では、温度調節部２３によって、ワークＷを保持する冶具１の温度を、加工装置３の内部の温度と略等しい温度になるよう調節する。

ステップＳ０４の測定工程では、測定部２１によって、冶具１が保持する複数のワークＷの冶具１の基準部１２に対する位置関係を測定する。

ステップＳ０５の冶具移動工程では、ワークＷの位置を測定した冶具１を測定装置２から加工装置３に移動させる。この移動は、オペレータが手作業で行ってもよいが、例えばロボット、コンベアシステム等を用いて自動的に行うことが好ましい。

ステップＳ０６の位置情報入力工程では、入力部２２によって、測定工程で測定したワークＷの位置情報を、測定装置２から加工装置３に入力する。

ステップＳ０７の冶具座標系特定工程では、冶具座標系特定部３１によって、冶具１の基準部１２の座標を特定する。つまり、位置情報入力工程では、基準部１２の位置を測定するか、基準部１２を所定の位置に位置決めすることによって、加工装置３の座標系を冶具１の座標系に変換可能とする。

ステップＳ０８のワーク座標系設定工程では、ワーク座標系設定部３２によって、入力部２２により入力された位置情報と、冶具座標系特定工程で特定した冶具１の座標系とに基づいて、それぞれのワークＷの座標系を個別に特定、つまり加工装置３の座標系をそれぞれのワークＷの座標系に変換可能とする。

ステップＳ０９の加工工程では、加工部３３によって、各ワークＷをそのワークＷの座標系を用いて加工する。つまり、加工部３３は、加工プログラムに基づいて定められ、加工するワークＷの座標系におけるワークＷとツールとの相対移動として表される加工データを、加工装置３における座標系に変換することで、ワークＷを正確に加工する。

ステップＳ１０の冶具取出工程では、加工済みのワークＷを保持する冶具１を加工装置３から排出する。これにより、次に加工するワークＷを保持する冶具１を受け入れ可能とする。したがって、この冶具取り出し工程が完了する前に、次に加工するワークＷを保持する冶具１についての測定工程が完了するよう、各工程を並列して行うことが好ましい。

以上のように、本実施形態の加工システム１００は、測定装置２において複数のワークＷの冶具１に対する設置誤差を確認しておき、加工装置３においては冶具１の基準部１２の位置決め又は位置測定だけを行うことで、複数のワークＷの個々の位置を特定し、正確に加工することができる。このため、加工システム１００は、加工装置３における加工のインターバルを短くして、生産効率を向上することができる。また、加工システム１００は、加工装置３における加工のインターバルを短くすることで、加工装置３の温度変化を抑制し、熱変位に起因する加工誤差を抑制することができる。

以上、本開示に係る加工システム及び加工方法の実施形態について説明したが、本開示に係る加工システム及び加工方法は前述した実施形態に限るものではない。また、本実施形態に記載された効果は、本開示から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本開示に係る加工システム及び加工方法による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

本開示に係る加工システムにおいて、温度調節部は省略してもよい。また、本開示に係る加工システムにおいて、温度調節部は、単一の冶具のみを温度調節するものであってもよい。

本開示に係る加工方法では、冶具供給工程の後に保持工程を行ってもよい。つまり、本開示に係る加工方法において、冶具を測定装置中に配置した後で冶具にワークを保持させてもよい。

１冶具
２測定装置
３加工装置
１１保持部
１２基準部
２１測定部
２２入力部
２３温度調節部
２４カメラ
２５画像処理部
２６ヒータ
２７加工装置温度取得部
２８測定装置温度取得部
２９ヒータ制御部
３１冶具座標系特定部
３２ワーク座標系設定部
３３加工部
１００加工システム
Ｗワーク

Claims

複数のワークを保持する冶具と、
前記冶具に保持される複数のワークを測定する測定装置と、
前記冶具に保持される複数のワークを加工する加工装置と、
を備え、
前記冶具は、前記加工装置により位置決め又は位置検出される複数の基準部を有し、
前記測定装置は、
前記冶具に保持される前記複数のワークの前記基準部に対する位置関係を測定する測定部と、
前記測定部が測定した前記複数のワークの位置情報を記録媒体又は通信を用いて前記加工装置に入力する入力部と、
を有し、
前記加工装置は、
前記冶具の基準部を位置決め又は位置測定することにより前記冶具の座標系を特定する冶具座標系特定部と、
前記冶具座標系特定部が特定した前記冶具の座標系、及び前記入力部から入力される前記位置情報に基づいて、前記複数のワークの座標系を個別に設定するワーク座標系設定部と、
を有する、加工システム。
複数のワークを保持する冶具と、
前記冶具に保持される複数のワークを測定する測定装置と、
前記冶具に保持される複数のワークを加工する加工装置と、
を備え、
前記冶具は、前記加工装置により位置決め又は位置検出される基準部を有し、
前記測定装置は、
前記冶具に保持される前記複数のワークの前記基準部に対する位置関係を測定する測定部と、
前記測定部が測定した前記複数のワークの位置情報を記録媒体又は通信を用いて前記加工装置に入力する入力部と、
前記冶具の温度を前記加工装置内の温度と略等しい温度に調節する温度調節部と、
を有し、
前記加工装置は、
前記冶具の基準部を位置決め又は位置測定することにより前記冶具の座標系を特定する冶具座標系特定部と、
前記冶具座標系特定部が特定した前記冶具の座標系、及び前記入力部から入力される前記位置情報に基づいて、前記複数のワークの座標系を個別に設定するワーク座標系設定部と、
を有する、加工システム。
複数のワークを保持する冶具と、
前記冶具に保持される複数のワークを測定する測定装置と、
前記冶具に保持される複数のワークを加工する加工装置と、
を備え、
前記冶具は、前記加工装置により位置決め又は位置検出される基準部を有し、
前記冶具の材質の線膨張係数が１０×１０^－６／Ｋ以下であり、
前記測定装置は、
前記冶具に保持される前記複数のワークの前記基準部に対する位置関係を測定する測定部と、
前記測定部が測定した前記複数のワークの位置情報を記録媒体又は通信を用いて前記加工装置に入力する入力部と、
を有し、
前記加工装置は、
前記冶具の基準部を位置決め又は位置測定することにより前記冶具の座標系を特定する冶具座標系特定部と、
前記冶具座標系特定部が特定した前記冶具の座標系、及び前記入力部から入力される前記位置情報に基づいて、前記複数のワークの座標系を個別に設定するワーク座標系設定部と、
を有する、加工システム。
複数のワークを保持する冶具と、
前記冶具に保持される複数のワークを測定する測定装置と、
前記冶具に保持される複数のワークを加工する加工装置と、
を備え、
前記冶具は、前記加工装置により位置決め又は位置検出される基準部を有し、
前記測定装置は、
前記冶具に保持される前記複数のワークの前記基準部に対する位置関係を測定する測定部と、
前記測定部が測定した前記複数のワークの位置情報を記録媒体又は通信を用いて前記加工装置に入力する入力部と、
を有し、
前記加工装置は、
前記冶具の基準部を位置決め又は位置測定することにより前記冶具の座標系を特定する冶具座標系特定部と、
前記冶具座標系特定部が特定した前記冶具の座標系、及び前記入力部から入力される前記位置情報に基づいて、前記複数のワークの座標系を個別に設定するワーク座標系設定部と、
を有し、
前記測定部は、前記複数のワークを保持する冶具を撮影するカメラと、前記カメラが撮影した画像に基づいて、前記複数のワークの位置及び前記基準部の位置を算出する画像処理部とを有する、加工システム。
前記測定装置は、前記加工装置が加工している間に、次以降の加工に供される前記冶具に保持される前記ワークの測定を行う、請求項１から４のいずれかに記載の加工システム。
加工装置により位置決め又は位置検出される複数の基準部を有する冶具に複数のワークを保持させる工程と、
前記冶具に保持される前記複数のワークの前記基準部に対する位置関係を測定する工程と、
前記冶具を前記加工装置に移動する工程と、
前記加工装置で前記冶具の基準部を位置決め又は位置測定することにより前記冶具の座標系を特定する工程と、
前記冶具の座標系、及び前記複数のワークの前記基準部に対する位置関係に基づいて、前記複数のワークの座標系を個別に設定する工程と、
前記ワークの座標系を用いて前記加工装置により前記ワークを加工する工程と、
を備える、加工方法。
加工装置により位置決め又は位置検出される基準部を有する冶具に複数のワークを保持させる工程と、
前記冶具の温度を前記加工装置内の温度と略等しい温度に調節する工程と、
前記冶具に保持される前記複数のワークの前記基準部に対する位置関係を測定する工程と、
前記冶具を前記加工装置に移動する工程と、
前記加工装置で前記冶具の基準部を位置決め又は位置測定することにより前記冶具の座標系を特定する工程と、
前記冶具の座標系、及び前記複数のワークの前記基準部に対する位置関係に基づいて、前記複数のワークの座標系を個別に設定する工程と、
前記ワークの座標系を用いて前記加工装置により前記ワークを加工する工程と、
を備える、加工方法。
加工装置により位置決め又は位置検出される基準部を有する冶具に複数のワークを保持させる工程と、
前記冶具に保持される前記複数のワークの前記基準部に対する位置関係を測定する工程と、
前記冶具を前記加工装置に移動する工程と、
前記加工装置で前記冶具の基準部を位置決め又は位置測定することにより前記冶具の座標系を特定する工程と、
前記冶具の座標系、及び前記複数のワークの前記基準部に対する位置関係に基づいて、前記複数のワークの座標系を個別に設定する工程と、
前記ワークの座標系を用いて前記加工装置により前記ワークを加工する工程と、
を備え、
前記冶具の材質の線膨張係数が１０×１０ ^－６／Ｋ以下である、加工方法。
加工装置により位置決め又は位置検出される基準部を有する冶具に複数のワークを保持させる工程と、
前記複数のワークを保持する冶具をカメラが撮影した画像に基づいて、前記複数のワークの位置及び前記基準部の位置を算出することにより、前記冶具に保持される前記複数のワークの前記基準部に対する位置関係を測定する工程と、
前記冶具を前記加工装置に移動する工程と、
前記加工装置で前記冶具の基準部を位置決め又は位置測定することにより前記冶具の座標系を特定する工程と、
前記冶具の座標系、及び前記複数のワークの前記基準部に対する位置関係に基づいて、前記複数のワークの座標系を個別に設定する工程と、
前記ワークの座標系を用いて前記加工装置により前記ワークを加工する工程と、
を備える、加工方法。