(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、
図1〜
図4を参照して本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る加工システム100の構成を概略的に示す図である。加工システム100は、ワークWを加工する工作機械1と、工作機械1にワークWを搬送するロボット2と、工作機械1を制御する工作機械制御装置3と、ロボット2を制御するロボット制御装置4とを有する。加工システム100は、ロボット2を用いて工作機械1にワークWを自動搬送し、工作機械1でワークWの加工を行う。なお、図示は省略するが、加工システム100は、複数(例えば2台)の工作機械1(第1工作機械X、第2工作機械Y)を含み、複数の工作機械1で互いに同一または別々の加工を行う。
【0009】
ロボット2は、例えば垂直多関節型の産業用ロボットである。ロボット2は、基部2aと、基部2aに回動可能に支持されたアーム2bと、アーム2bの先端部に設けられた把持装置2cとを有し、把持装置2cによりワークWが把持されている。ロボット2は、サーボモータ20(
図2)により駆動され、ワークWを移動できる。
【0010】
工作機械1は、例えばマシニングセンタ等の数値制御工作機械であり、ロボット2の側方に配置されている。工作機械1の内部の加工領域1aには、開閉可能なドア1bを介してロボット2の先端部が進退可能である。工作機械1は、工作機械制御装置3からの指令により、加工領域1a内に供給されたワークWを工作機械1の加工テーブル上に保持し、ワークWを加工(例えば切削加工)する。なお、加工テーブルを介さずにワークWを加工することもできる。
【0011】
ロボット2の側方のワーク載置ステーションには、ワーク載置台5が設けられ、ワーク載置台5上に、加工前のワークWが載置されている。なお、ワーク載置台5上に載置されたワークWの位置を、初期位置P0と呼ぶ。ロボット2は、ロボット制御装置4からの指令により、ワーク載置台5上のワークWを把持し、初期位置P0から工作機械1に隣接した第1位置P1までワークWを搬送する。この初期位置P0から第1位置P1までのワークWの搬送動作を準備動作と呼ぶ。
【0012】
さらに、ロボット2は、第1位置P1から工作機械1の加工領域1a内の第2位置P2までワークWを搬送し、工作機械1と連動してワークWを交換する。すなわち、加工前のワークWを工作機械1に受け渡し、加工済みのワークWを工作機械1から受け取る。この第1位置P1から第2位置P2までのワークWの搬送動作をワーク交換動作と呼ぶ。
【0013】
以上のように構成された加工システム100において、工作機械1のドア1bは、工作機械制御部3からの指令により、ワーク加工時には閉じられ、ワークWの加工完了後に開放される。したがって、ロボット2によるドア1bを介したワーク交換動作は、ワークWの加工完了後に可能となる。この場合、ワークWの加工完了後にロボット2が準備動作を開始したのでは、工作機械1が加工を行わずに待機する時間が長くなり、工作機械1の稼働率が低下する。
【0014】
一方、ワークWの加工開始と同時にロボット2が準備動作を開始したのでは、準備動作の完了後、交換動作を行うまでの待機時間が長くなり、ロボット2の稼働率が低下する。すなわち、ロボット2は、準備動作とワーク交換動作だけでなく、他の作業に係る動作(その他の作業動作)も行う。他の作業とは、例えば、加工後のワークWの寸法測定、バリ取り、洗浄、あるいは加工後のワークWが載置されるワーク載置ステーションへの搬送等である。したがって、効率よい加工システム100を構築するためには、待機時間を短くしてロボット2に他の作業を行わせることが好ましい。そこで、本実施形態では、以下のように加工システム100を構成する。
【0015】
図2は、本発明の実施形態に係る加工システム100の制御構成を示すブロック図である。
図2に示すように、第1工作機械1および第2工作機械1の工作機械制御装置3は、各々の工作機械1のアクチュエータに動作指令を出力する動作指令部11と、信号出力部12とを有する。信号出力部12は、ワークWの加工開始時に加工開始信号を出力するとともに、ワークWの加工完了時に加工完了信号を出力する。さらに、ワークWの種類(品種)に応じたワーク識別信号も出力する。動作指令部11は、加工完了信号を出力するときに、ドア駆動用アクチュエータに開放信号を出力し、ドア1bを開放する。これによりロボット2によるワーク交換動作が可能となる。
【0016】
ロボット制御装置4は、入力部21と、記憶部22と、加工完了時刻予測部23と、準備動作時間予測部24と、準備開始時刻決定部25と、動作指令部26とを有する。入力部21には、信号出力部12から出力された加工開始信号、加工完了信号およびワーク識別信号が入力される。加工開始信号が入力された時刻および加工完了信号が入力された時刻は、それぞれ加工開始時刻および加工完了時刻に相当する。
【0017】
記憶部22は、入力部21を介して入力された信号に基づき、ワークWの種類毎に、加工開始時刻と加工完了時刻とを記憶する。さらに、記憶部22は、ロボット10が準備動作を開始した時刻(準備開始時刻)と準備動作を完了した時刻(準備完了時刻)とを記憶する。
【0018】
図3は、記憶部22に記憶される加工データ、すなわちワーク加工によって得られたデータの一例を示す図である。
図3に示すように、記憶部22には、加工済の複数のワークWに対応して複数組(図では7組)の加工データD1〜D7が記憶されている。各組の加工データD1〜D7は、加工開始時刻と加工完了時刻と準備開始時刻と準備完了時刻とを含み、これら加工データは、ワークWの品種(A,B)とワークWを加工した工作機械1の種別(第1工作機械X,第2工作機械Y)とともに記憶されている。
【0019】
信号出力部12から入力部21に加工開始信号が入力されると、加工完了時刻予測部23は、加工開始信号に基づき、加工中のワークWの品種とワークWを加工している工作機械1とを特定する。そして、記憶部22に記憶されたデータの中から、同一の工作機械1により得られた同一品種のワークWの加工データの組を検索し、その加工データの組に含まれる加工終了時刻と加工開始時刻との差である加工時間を算出する。
【0020】
図3の例では、ワークWの品種がAで工作機械1がXであるとき、複数組の加工データD1,D3,D5,D7が検索され、複数組の加工データD1,D3,D5,D7からそれぞれ加工時間(T12−T11,T32−T31,T52−T51,T71−T72)が算出される。この場合には、加工完了時刻予測部23は、4つの加工時間の平均値を加工時間として算出する。そして、加工開始時刻が入力された現在の時刻にこの加工時間(平均値)を加算し、これが加工完了時刻であると予測する。
【0021】
準備動作時間予測部24は、記憶部22に記憶された加工データの中から、同一品種のワークWを同一種類の工作機械1に搬送した場合の加工データの組を検索し、その加工データの組に含まれる準備開始時刻と準備完了時刻との差である準備動作時間を算出する。複数組の加工データが検索されて、複数の準備動作時間が算出された場合には、準備動作時間予測部24は、それらの平均値が準備動作時間であると予測する。なお、例えば工作機械1で加工中のワークWの品種がAで、その工作機械1に搬送されるワークWの品種がBであるとき、準備動作時間予測部24は、加工完了時刻予測部23とは異なる加工データの組から準備動作時間を予測する。
【0022】
準備開始時刻決定部25は、加工完了時刻予測部23で予測された加工完了時刻から、準備動作時間予測部24で予測された準備動作時間を減算することにより、準備動作の開始時刻を算出する。そして、この準備動作開始時刻と現在時刻とを比較部250で比較し、現在時刻が準備動作開始時刻に到達すると、準備開始時刻決定部25は動作指令部26に準備動作開始指令を出力する。
【0023】
動作指令部26は、ワーク交換動作の指令を出力するワーク交換動作部261と、準備動作の指令を出力する準備動作部262と、その他の作業動作の指令を出力する作業動作部263とを有する。準備動作部262は、準備動作開始時刻決定部25から準備動作開始指令が出力されると、サーボモータ20に制御信号を出力してロボット2を駆動し、ワークWを初期位置P0から第1位置P1に搬送する。すなわち、ロボット2に準備動作を行わせる。このとき、準備動作を開始した時刻および準備動作が完了した時刻を、それぞれ準備開始時刻および準備完了時刻として記憶部22に記憶する(
図3参照)。
【0024】
ワーク交換動作部261は、準備動作が完了し、かつ、工作機械1の信号出力部11から加工完了信号が出力されると、サーボモータ20に制御信号を出力してロボット2を駆動し、ワークWを第1位置P1から第2位置P2に搬送する。すなわち、ロボット2にワーク交換動作を行わせる。ワーク交換動作が完了すると、ワーク交換動作部261は、工作機械制御装置3に交換完了信号を出力する。これにより工作機械1はドア1bを閉鎖し、ワークWの加工を開始する。作業動作部263は、準備動作の開始前に、サーボモータ20に制御信号を出力してロボット2を駆動し、その他の作業を実行させる。
【0025】
図4は、工作機械制御装置3で実行される処理(工作機械制御処理)およびロボット制御装置4で実行される処理(ロボット制御処理)の一例を示すフローチャートである。まず、工作機械制御処理について説明する。
【0026】
ステップS1では、信号出力部12での処理により、ロボット制御装置4の入力部21に対し加工開始信号を送信する。このとき、ドア1bは閉鎖されている。ステップS2では、動作指令部11での処理により、予め定められた加工プログラムに従い工作機械1を制御してワークWの加工を実行する。ワークWの加工が完了すると、ステップS3で、信号出力部12での処理により、入力部21に対し加工完了信号を送信するとともに、動作指令部11での処理により、ドア駆動用のアクチュエータに開放信号を出力し、ドア1bを開放する。その後、ロボット制御装置2の動作指令部26からワークWの交換完了信号が送信されるまで、工作機械1は動作を行わずに待機する。ワーク交換作業中のロボット2が工作機械1に不所望に干渉することを防止できる。
【0027】
ステップS4で、交換完了信号を受信すると、動作指令部11での処理によりドア駆動用のアクチュエータに閉鎖信号を出力し、ドア1bを閉鎖する。次いで、ステップS1に戻り、同様の処理を繰り返す。繰り返しの処理では、工作機械1は、ロボット2により搬送された新たなワークWを加工する。
【0028】
次に、ロボット制御処理について説明する。ステップS11で、入力部21が工作機械1から送信された加工開始信号を受信すると、現在時刻を加工開始時刻として記憶部22に記憶した後、ステップS12に進む。ステップS12では、加工完了時刻予測部23での処理により、ワークWの品種および工作機械1の種別に対応した加工時間の平均値を、記憶部22に記憶された加工開始時刻と加工完了時刻との差から算出し、この加工時間を現在時刻(加工開始時刻)に加算することにより加工完了時刻を予測する。次いで、ステップS13で、準備動作時間予測部24での処理により、ワークWの品種および工作機械1の種別に対応した準備動作時間の平均値を、記憶部22に記憶された準備開始時刻と準備完了時刻との差から算出し、準備動作時間を予測する。
【0029】
ステップS14では、準備動作開始時刻決定部25での処理により、加工完了時刻から準備動作時間を減算して準備動作開始時刻を決定する。次いで、ステップS15で、比較部250での処理により、現在時刻が準備動作開始時刻に到達したか否かを判定する。ステップS15が否定されるとステップS16に進み、作業動作部263での処理により、ロボット2に他の作業を行わせる。ステップS15が肯定されるとステップS17に進み、準備開始時刻決定部25が準備動作開始指令を出力して、準備動作部262での処理により準備動作を開始させるとともに、現在時刻を準備動作開始時刻として記憶部22に記憶する。これによりワークWが初期位置P0から第1位置P1に搬送される。準備動作が完了すると、その時刻を準備動作完了時刻として記憶部22に記憶する。
【0030】
準備動作の完了後に、ステップS18で、入力部21が加工完了信号を受信すると、ステップS19に進む。ステップS19では、ワーク交換動作部261での処理により、ロボット2にワーク交換動作を行わせる。これによりワークWが第1位置P1から第2位置P2に搬送される。ワーク交換動作が完了すると、ステップS20に進み、ワーク交換動作部261は、工作機械制御装置1に対し交換完了信号を送信する。次いで、ステップS11に戻り、同様な処理を繰り返す。
【0031】
本実施形態によれば、以下のような作用効果を奏することができる。
(1)加工システム100は、工作機械1を制御する工作機械制御装置3と、ロボット2を制御するロボット制御装置4とを備える。工作機械制御装置3は、ワークWの加工開始時に加工開始信号を出力する信号出力部12を有する。一方、ロボット制御装置4は、初期位置P0から第1位置P1までワークWを搬送する準備動作と、第1位置P1から第2位置P2までワークWを搬送するワーク交換動作とを行うようにロボット2の動作指令を出力する動作指令部26と、信号出力部12から出力された加工開始信号に基づき、工作機械1におけるワークWの加工完了時刻を予測する加工完了時刻予測部23と、ロボット2の準備動作に要する時間を予測する準備動作時間予測部24と、予測された加工完了時刻と予測された準備動作時間とに基づき、加工完了時刻に準備動作が完了するような準備動作の開始時刻を決定する準備開始時刻決定部25とを有する。これによりロボット2は、準備動作を完了した直後にワーク交換動作を行うようになるため、準備動作の完了後のロボット2の待機時間をなくすことができ、ロボット2の稼働効率が向上する。
【0032】
(2)ロボット制御装置4は、信号出力部12から出力された加工開始信号と加工完了信号とにそれぞれ対応した加工開始時刻と加工完了時刻とを記憶する記憶部22を有し、加工完了時刻予測部23は、記憶部22に記憶された、既に加工が完了したワークWについての加工開始時刻と加工完了時刻とに基づき、加工中のワークWの加工完了時刻を予測するようにしたので、加工完了時刻を容易に予測できる。
【0033】
(3)記憶部22は、信号出力部12から出力されたワーク識別信号に基づき、ワーク種類毎に加工開始時刻と加工完了時刻とを記憶し、加工完了時刻予測部23は、記憶部22に記憶され、かつ、既に加工が完了した、加工中のワークWと同一種類のワークWについての加工開始時刻と加工完了時刻とに基づき、加工中のワークWの加工完了時刻を予測するようにしたので、加工完了時刻を精度よく予測できる。
【0034】
(4)記憶部22は、準備動作を行う度にその開始時刻と完了時刻とを記憶し、準備動作時間予測部24は、記憶部22に記憶された過去の準備開始時刻と準備完了時刻とに基づき、今回の準備動作時間を予測するようにしたので、準備動作時間を容易に予測できる。
【0035】
(5)ロボット2は、工作機械1から加工完了信号を受信した後にワーク交換動作を行うようにしたので(ステップS18,ステップS19)、加工完了時刻や準備動作時間の予測値が実際の加工完了時刻や準備動作時間と異なる場合であっても、ロボット2は、工作機械1が加工を完了する前にワーク交換動作を開始することがなく、安全性に優れる。
【0036】
(6)現在時刻が準備動作開始時刻に到達するまで、ロボット2は他の作業を行うようにしたので(ステップS15,ステップS16)、準備動作開始前の待機時間を短縮することができ、この点でもロボット2の稼働効率が向上する。
【0037】
なお、上記実施形態では、複数の工作機械1に信号出力部12を設けてワークWの加工開始時に加工開始信号を出力するようにしたが、工作機械1は1台でもよい。上記実施形態では、準備動作(第1動作)により、工作機械1のドア1bに面した第1位置P1までワークWを搬送するようにしたが、工作機械1にドア1bを設けなくてもよく、工作機械1の加工領域1aの近傍であれば、第1位置P1は上述したものに限らない。したがって、ワーク交換動作(第2動作)により、ワークWを第1位置P1から加工領域1aの第2位置P2まで搬送する場合、ロボット2は工作機械1のドア1bを介して第2動作を行わなくてもよい。すなわち、動作指令部としての準備動作部262とワーク交換動作部261の構成は上述したものに限らない。
【0038】
上記実施形態では、既に加工されたワークWの加工開始信号と加工完了信号とを加工時刻記憶部としての記憶部22に記憶し、記憶部22に記憶されたこれら加工開始信号と加工完了信号とに基づき、加工中のワークWの加工完了時刻を予測するようにしたが、信号出力部12から出力された加工開始信号に基づき、工作機械1におけるワークWの加工完了時刻を予測するのであれば、時刻予測部としての加工完了時刻予測部23の構成はいかなるものでもよい。上記実施形態では、搬送時間記憶部としての記憶部22に記憶された準備動作に要した時間、すなわち準備開始時刻と準備完了時刻との差である過去の第1動作時間に基づき、今回の準備動作に要する第1動作時間を予測するようにしたが、時間予測部としての準備動作時間予測部24の構成はこれに限らない。
【0039】
上記実施形態では、加工完了時刻予測部23で予測された加工完了時刻と、準備動作時間予測部24で予測された準備動作時間とに基づき、加工完了時刻に準備動作が完了するような準備動作開始時刻を決定するようにしたが、時刻決定部としての準備開始時刻決定部25の構成は上述したものに限らない。工作機械1にワークWを搬送するロボット2の構成および工作機械1の構成は、上述したものに限らず、本発明は、種々の工作機械制御装置とロボット制御装置とを備えた加工システムに適用できる。
【0040】
以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態および変形例の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。すなわち、本発明の技術的思想の範囲内で考えられる他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上記実施形態と変形例の1つまたは複数を任意に組み合わせることも可能である。