特開 2022-71937 治具自動交換システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022071937

(43)【公開日】2022-05-17

(54)【発明の名称】治具自動交換システム

(51)【国際特許分類】

   B23B 31/39 20060101AFI20220510BHJP

   B23B 31/16 20060101ALI20220510BHJP

   B23Q 17/24 20060101ALI20220510BHJP

【ＦＩ】

B23B31/39

B23B31/16 D

B23Q17/24 Z

【審査請求】有

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020181076

(22)【出願日】2020-10-29

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2021-09-15

(71)【出願人】

【識別番号】000154901

【氏名又は名称】株式会社北川鉄工所

(74)【代理人】

【識別番号】110002789

【氏名又は名称】特許業務法人ＩＰＸ

(72)【発明者】

【氏名】西宮 民和

【テーマコード（参考）】

3C029

3C032

【Ｆターム（参考）】

3C029EE20

3C032GG36

3C032HH11

(57)【要約】      （修正有）

【課題】工作機器の装着位置にボルト締緩によって装着される治具を自動交換可能な治具自動交換システムを提供する。
【解決手段】治具自動交換システム１は、検出装置１２と、ロボット１３と、ボルト締緩装置１４と、制御装置１１とを備える。検出装置１２は、治具３の所定部位を検出可能に構成される。ロボット１３は、治具３を搬送可能に構成される。ボルト締緩装置１４は、治具３を固定するボルトを締緩可能に構成される。制御装置１１は、検出装置１２による所定部位の検出結果に基づいてボルト締緩位置を決定する。ロボット１３に、治具３を装着位置から搬出させ、又は治具３を装着位置に搬入させる。ボルト締緩位置にボルト締緩装置１４を移動させ、ボルトの締め又は緩めを行わせる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

工作機器の装着位置にボルト締緩によって装着される治具を自動交換可能な治具自動交換システムであって、
検出装置と、ロボットと、ボルト締緩装置と、制御装置とを備え、
前記検出装置は、治具の所定部位を検出可能に構成され、
前記ロボットは、治具を搬送可能に構成され、
前記ボルト締緩装置は、治具を固定するボルトを締緩可能に構成され、
前記制御装置は、
前記検出装置による所定部位の検出結果に基づいてボルト締緩位置を決定し、
前記ロボットに、治具を前記装着位置から搬出させ、又は治具を前記装着位置に搬入させ、
前記ボルト締緩位置に前記ボルト締緩装置を移動させ、該ボルト締緩装置にボルトの締め又は緩めを行わせる、
治具自動交換システム。

【請求項2】

請求項１に記載の治具自動交換システムにおいて、
ストッカを備え、
前記ストッカは、治具を収容可能に構成され、
前記ロボットは、治具を前記装着位置から前記ストッカに設けられた収納位置に搬出させ、又は治具を収納位置から前記装着位置に搬入させる、
治具自動交換システム。

【請求項3】

請求項２に記載の治具自動交換システムにおいて、
前記検出装置は、前記ストッカと前記工作機器との少なくとも一方に備えられる、
治具自動交換システム。

【請求項4】

請求項１～請求項３の何れか１項に記載の治具自動交換システムにおいて、
前記検出装置は、前記ロボットに備えられる、
治具自動交換システム。

【請求項5】

請求項１～請求項４の何れか１項に記載の治具自動交換システムにおいて、
前記ボルト締緩装置は、前記ロボットに一体に備えられる、
治具自動交換システム。

【請求項6】

請求項１～請求項５の何れか１項に記載の治具自動交換システムにおいて、
前記所定部位は、治具に備えられたＴナットの端面であり、
前記検出装置は、前記Ｔナットの位置を検出する変位計又はレーザ変位計である、
治具自動交換システム。

【請求項7】

請求項１～請求項５の何れか１項に記載の治具自動交換システムにおいて、
前記所定部位は、治具の側面に設けられた凸部又は凹部であり、
前記検出装置は、前記凸部又は前記凹部の位置を検出するレーザ変位計と、二次元レーザ変位計と、近接センサとの何れか１つである、
治具自動交換システム。

【請求項8】

請求項１～請求項５の何れか１項に記載の治具自動交換システムにおいて、
前記所定部位は、治具を締結するボルトに設けられた締緩用の工具穴部であり、
前記検出装置は、前記工具穴部の位置を検出するレーザ変位計と、二次元レーザ変位計と、カメラと、３Ｄスキャナとの何れか１つである、
治具自動交換システム。

【請求項9】

請求項１～請求項５の何れか１項に記載の治具自動交換システムにおいて、
前記所定部位は、治具を締結するボルトの頭部であり、
前記検出装置は、前記頭部の位置を検出するレーザ変位計と、二次元レーザ変位計と、カメラと、３Ｄスキャナとの何れか１つである、
治具自動交換システム。

【請求項10】

請求項６～請求項９の何れか１項に記載の治具自動交換システムにおいて、
前記工作機器は、チャックであり、
前記チャックは、少なくともトップジョーが該チャックに設けられたマスタージョーに治具として装着される、
治具自動交換システム。

【請求項11】

請求項６～請求項９の何れか１項に記載の治具自動交換システムにおいて、
前記工作機器は、マシニングセンタ、または５軸加工機に固定される固定器具であり、
前記固定器具は、少なくともトップジョーが治具として装着される、
治具自動交換システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、治具自動交換システムに関する。

【背景技術】

【0002】

工作機器は、加工対象であるワークに合わせて所定の治具が装着される。例えば、特許文献１には、ボデーの正面でワークを把握するチャックが開示されており、このようなチャックでは、ワークに合わせて治具であるトップジョーを交換する必要がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－０３４３８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、治具の交換を自動で行いたいといった要望がある。治具の交換を自動で行う場合には、ロボットアーム等の作業装置を用いることが考えられるが、例えば、作業装置としてボルト締緩装置を用いる場合には、ボルトの位置を特定する必要がある。しかしながら、ワークに合わせて設計された治具の形状によりボルトの位置が異なり、また、治具の形状が同じであっても、その装着位置が異なれば、ボルトの位置が異なることになる。

【0005】

このため、作業装置により様々なワークに対応した複数種類の治具のボルト締緩を自動で行うことは困難であった。

【0006】

本発明は、かかる事情を鑑みてなされたものであり、治具のボルト締緩位置を把握し、治具の交換を自動で行うことのできる治具自動交換システムを提供することとした。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様によれば、工作機器の装着位置にボルト締緩によって装着される治具を自動交換可能な治具自動交換システムが提供される。この治具自動交換システムは、検出装置と、ロボットと、ボルト締緩装置と、制御装置とを備える。検出装置は、治具の所定部位を検出可能に構成される。ロボットは、治具を搬送可能に構成される。ボルト締緩装置は、治具を固定するボルトを締緩可能に構成される。制御装置は、検出装置による所定部位の検出結果に基づいてボルト締緩位置を決定する。ロボットに、治具を装着位置から搬出させ、又は治具を装着位置に搬入させる。ボルト締緩位置にボルト締緩装置を移動させ、該ボルト締緩装置にボルトの締め又は緩めを行わせる。

【0008】

本発明の一態様によれば、治具の所定部位を検出してボルト締緩位置を決定し、決定したボルト締緩位置にボルト締緩装置を移動させてボルトの締め又は緩めを行わせる。このため、治具のボルト締緩位置が一定でなくても、治具の交換を自動で行うことができる、という有利な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態に係る治具自動交換システム１の構成を示した図である。

【図2】治具３が装着された工作機器２の例を示した図である。

【図3】ストッカ１５と、ストッカ１５に収容された交換ジョー３１－１を示した図である。

【図4】交換ジョー３１－１を説明するための図である。

【図5】交換ジョー３１－１の側面を所定部位とする場合の検出例を示した図である。

【図6】Ｔナット３１３の端面を所定部位とする場合の検出例を示した図である。

【図7】変位計によりＴナット３１３の端面を所定部位とする場合の検出例を示した図である。

【図8】ボルト４１の工具穴部を所定部位とする場合の検出例を示した図である。

【図9】検出装置１２にカメラを用いた場合の検出例を示した図である。

【図10】交換ジョーをチャックに装着する場合の動作の流れを示すアクティビティ図である。

【図11】交換ジョーをストッカに収容する場合の動作の流れを示すアクティビティ図である。

【図12】交換ジョーをストッカに収容する場合の動作の流れを示すアクティビティ図である。

【図13】バイスタイプの治具を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。その中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。

【0011】

また、ソフトウェアを実現するためのプログラムは、コンピュータが読み取り可能な非一時的な記録媒体として提供されてもよいし、外部のサーバからダウンロード可能に提供されてもよいし、または外部のコンピュータで当該プログラムを起動させてクライアント端末でその機能を実現（いわゆるクラウドコンピューティング）するように提供されてもよい。

【0012】

また、「部」とは、例えば、広義の回路によって実施されるハードウェア資源と、これらによって具体的に実現されうるソフトウェアの情報処理とを合わせたものも含みうる。また、様々な情報を取り扱うが、これらは、例えば電圧・電流を表す信号値の物理的な値、０又は１で構成される２進数のビット集合体としての信号値の高低、又は量子的な重ね合わせ（いわゆる量子ビット）によって表され、広義の回路上で通信・演算が実行されうる。

【0013】

さらに、広義の回路とは、回路（Ｃｉｒｃｕｉｔ）、回路類（Ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）、プロセッサ（Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、及びメモリ（Ｍｅｍｏｒｙ）等を少なくとも適当に組み合わせることによって実現される回路である。すなわち、特定用途向け集積回路（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Ｓｉｍｐｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＣＰＬＤ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ：ＦＰＧＡ））等を含むものである。

【0014】

１．構成例
図１は、本発明の実施形態に係る治具自動交換システム１の構成を示した図である。同図に示すように、治具自動交換システム１は、制御装置１１と、検出装置１２と、ロボット１３と、ボルト締緩装置１４と、ストッカ１５とを備える。この治具自動交換システム１は、工作機器２の装着位置にボルト締緩によって装着される治具３を自動交換可能なものである。工作機器２は、例えば、チャックであり、マシニングセンタ、または５軸加工機に固定される固定器具である。チャックは、少なくともトップジョーが該チャックに設けられたマスタージョーに治具として装着される。また、固定器具は、少なくともトップジョーが治具として装着される。

【0015】

制御装置１１は、検出装置１２による所定部位の検出結果に基づいてボルト締緩位置を決定する。所定部位は、ボルト締緩位置を決定する際に有効となる、何らかの特徴を有する部位であり、治具３又は治具３に備えられた締結具等の一部である。例えば、所定部位は、治具３に備えられたＴナットの端面、治具３の側面に設けられた凸部又は凹部、治具３を締結するボルトに設けられた締緩用の工具穴部、治具３を締結するボルトの頭部等である。なお、所定部位の詳細については、後述する。

【0016】

また、制御装置１１は、ロボット１３に、治具３を装着位置から搬出させ、又は治具３を装着位置に搬入させる。装着位置は、工作機器２の治具３を装着する部位である。さらに、制御装置１１は、ボルト締緩位置にボルト締緩装置１４を移動させ、ボルト締緩装置１４にボルトの締め又は緩めを行わせる。ボルトは、工作機器２に治具３を固定する際に利用されるもので、ボルト締緩位置は、ボルトを締め又は緩めを行う位置である。

【0017】

なお、制御装置１１は、工作機器２の動作を制御する図示しない制御装置と同一の装置として構成してもよく、この制御装置と協調して動作するように構成してもよい。

【0018】

検出装置１２は、治具３の所定部位を検出可能に構成される。この検出装置１２は、１以上のものが治具自動交換システム１に配設される。また、検出装置１２は、ストッカ１５と工作機器２との少なくとも一方に備えられるようにしてもよく、ロボット１３に備えられるようにしてもよい。もちろん、ストッカ１５、工作機器２、またはロボット１３と独立して配設するようにしてもよい。

【0019】

検出装置１２は、例えば、検出する所定部位が治具３に備えられたＴナットの端面である場合には、Ｔナットの位置を検出する変位計又はレーザ変位計である。また、検出する所定部位が治具３の側面に設けられた凸部又は凹部である場合には、検出装置１２は、凸部又は凹部の位置を検出するレーザ変位計、二次元レーザ変位計、または近接センサの何れか１つである。検出する所定部位が治具３を締結するボルトに設けられた締緩用の工具穴部である場合には、検出装置１２は、工具穴部の位置を検出するレーザ変位計、二次元レーザ変位計、カメラ、または３Ｄスキャナの何れか１つである。検出する所定部位が治具３を締結するボルトの頭部である場合には、検出装置１２は、頭部の位置を検出するレーザ変位計、二次元レーザ変位計、カメラ、または３Ｄスキャナの何れか１つである。

【0020】

ロボット１３は、治具３を搬送可能に構成される。具体的には、ロボット１３は、ハンド等の治具３を把持する構成を有し、治具３を工作機器２の装着位置からストッカ１５に設けられた収納位置に搬出させ、又は治具３を収納位置から装着位置に搬入させる。なお、治具自動交換システム１は、複数のロボット１３を備えるようにしてもよい。ロボット１３の種類は、ロボットアームでもよいしガントリーロボットでもよい。もちろん、他の種類であってもよい。

【0021】

ボルト締緩装置１４は、治具３を固定するボルトを締緩可能に構成される。ボルト締緩装置１４は、ロボット１３に一体に備えられるようにしてもよい。

【0022】

ストッカ１５は、治具３を収納位置に収容可能に構成される。もちろん、ストッカ１５は、複数の治具３を収容することができる。このストッカ１５は、床面等に設置されるが、回転式等の移動可能な可動式としてもよく、床面等に固定される固定式であってもよい。ストッカ１５が固定式の場合には、収納位置に治具３を収容した際に、ボルト締めにより治具３を固定する必要は無いが、ストッカ１５が可動式の場合には、収納位置に治具３を収容した際に、ボルト締めにより治具３を固定することが安全上好ましい。もちろん、ストッカ１５に治具３を固定するか否かは任意に決定することができる。

【0023】

２．所定部位
次に、検出装置１２が検出する所定部位について説明する。図２は、治具３が装着された工作機器２の例を示した図である。同図に示すチャック２１は、工作機器２の一種であり、このチャック２１には、治具３である交換ジョー３１－１と、交換ジョー３１－２と交換ジョー３１－３が装着されている。交換ジョー３１－１は、例えば、図３に示すような態様で、ストッカ１５に収容される。図３は、ストッカ１５と、ストッカ１５に収容された交換ジョー３１－１を示した図である。同図のＦｉｇ．３Ａに示すように、ストッカ１５は、溝１５１を有している。また、ストッカ１５に交換ジョー３１－１が収容された際には、同図のＦｉｇ．３Ｂに示すように、溝１５１にＴナット３１３が収容され、規制部３１４に、収容位置が規制される。なお、Ｔナット３１３と規制部３１４については、後述する。また、交換ジョーは、トップジョーと称する場合もある。

【0024】

ここで、交換ジョー３１－１について説明する。図４は、交換ジョー３１－１を説明するための図である。同図のＦｉｇ．４Ａに示すように、交換ジョー３１－１は、凸部３１１と、セレーション３１２と、Ｔナット３１３、規制部３１４とを備える。また、同図のＦｉｇ．４Ｂに示すように、交換ジョー３１－１は、貫通孔３１５を備える。

【0025】

凸部３１１は、交換ジョー３１－１の側面にねじ込んだ「止めネジ」の一部である。セレーション３１２は、交換ジョー３１－１がチャック２１に装着される際、又はストッカ１５に収容される際に、これらと接する面に設けられたもので、チャック２１に装着される場合には、チャック２１側のマスタージョーのセレーションに設けられたセレーションと噛み合うように当接される部分である。ストッカ１５に収容される場合は、ストッカ１５にセレーションが設けられていないため、セレーション３１２は、ストッカ１５と接するのみである。なお、ストッカ１５にセレーションを設けるようにしてもよい。Ｔナット３１３は、チャック２１側のマスタージョーに設けられたＴ溝に挿入される部分であり、ストッカ１５に収容される際には、溝１５１に収容される部分でもある。規制部３１４は、交換ジョー３１－１をチャック２１に装着する際に、ロボット１３が交換ジョー３１－１の把握を解除してもその位置を保持するものであり、交換ジョー３１－１をストッカ１５に収容する際に、その収納位置を規制するものでもある。貫通孔３１５は、交換ジョー３１－１を固定するボルト４１が挿入される孔である。

【0026】

なお、ここでは、便宜上、交換ジョー３１－１は、セレーション３１２が設けられた面を裏面とし、その反対側を正面とする。したがって、凸部３１１は、交換ジョー３１－１の左側面に位置するものとなる。

【0027】

２－１．交換ジョー側面
まず、交換ジョー３１－１の側面を所定部位とする場合を説明する。交換ジョー３１－１の側面を所定部位とする場合は、交換ジョー３１－１の左側面に位置する凸部３１１を検出する。図５は、交換ジョー３１－１の側面を所定部位とする場合の検出例を示した図である。同図に示すＦｉｇ．５Ａは、交換ジョー３１－１がチャック２１に装着された状態の交換ジョー３１－１正面側を示した図であり、Ｆｉｇ．５Ｂは、交換ジョー３１－１がチャック２１に装着された状態の交換ジョー３１－１の左側面側を示した図、Ｆｉｇ．５Ｃは、交換ジョー３１－１がストッカ１５に収容されていた状態の交換ジョー３１－１の左側面側を示した図である。なお、Ｆｉｇ．５Ｂ及びＦｉｇ．５Ｃに示した交換ジョー３１－１の左側面からボルト４１を視認することはできないが、理解を容易にするため、ボルト４１の位置を破線で示している。

【0028】

検出装置１２にレーザ変位計を用いる場合には、レーザ変位計は、Ｆｉｇ．５Ａ及びＦｉｇ．５Ｂの矢印Ａに沿ってスキャンを行い、Ｆｉｇ．５Ｂの矢印Ｂの方向にレーザを照射する。矢印Ａが示しているのは、凸部３１１が存在しうる範囲である。凸部３１１とボルト４１との位置は一定であるため、例えば、予め交換ジョー３１－１をチャック２１に取付けた状態で凸部３１１を検出して、その検出結果をボルト４１の締緩位置と関連付けて記憶させておき、レーザ変位計により凸部３１１を検出した際に、検出した凸部３１１の位置と記憶している凸部３１１の位置との差を算出し、算出した差の分だけ記憶しているボルト４１の締緩位置をオフセットすることで、ボルト４１の締緩位置を特定することができる。凸部３１１の位置を予め記憶する際の交換ジョー３１－１の取付け位置は、取付け範囲内の任意の場所であってよい。なお、検出装置１２に近接センサを用いる場合には、Ｆｉｇ．５Ａ及びＦｉｇ．５Ｂの矢印Ａ’に沿ってスキャンを行って、凸部３１１を検出してボルト４１の位置を特定する。また、検出装置１２に二次元レーザ変位計を用いる場合には、矢印Ａが示す領域を含むようにスキャンを行って凸部３１１を検出する。

【0029】

また、交換ジョー３１－１がストッカ１５に収容されている場合は、検出装置１２は、Ｆｉｇ．５Ｃの矢印Ｃに沿ってスキャンを行い、Ｆｉｇ．５Ｃの矢印Ｄの方向にレーザを照射し、同様に凸部３１１を検出してボルト４１の位置を特定する。なお、検出装置１２に近接センサを用いる場合には、Ｆｉｇ．５Ｃの矢印Ｃ’に沿ってスキャンを行って、凸部３１１を検出してボルト４１の位置を特定する。

【0030】

２－２．Ｔナット端面
続いて、Ｔナット３１３の端面を所定部位とする場合を説明する。図６は、Ｔナット３１３の端面を所定部位とする場合の検出例を示した図である。同図に示すＦｉｇ．６Ａは、交換ジョー３１－１がチャック２１に装着された状態の交換ジョー３１－１の左側面側を示した図であり、Ｆｉｇ．６Ｂは、交換ジョー３１－１がストッカ１５に収容されていた状態の交換ジョー３１－１の左側面側を示した図である。なお、Ｆｉｇ．６Ａ及びＦｉｇ．６Ｂに示した交換ジョー３１－１の左側面からボルト４１を視認することはできないが、理解を容易にするため、ボルト４１の位置を破線で示している。また、チャック２１とストッカ１５については、理解を容易にするため、透過しているものとし、これを破線で示している。

【0031】

検出装置１２にレーザ変位計を用いる場合には、図６中の矢印Ｅ又は矢印Ｆの方向にレーザを照射する。これにより、検出装置１２は、Ｔナット３１３の位置を検出することができる。具体的には、ボルト４１は、Ｔナット３１３のネジ穴と螺合しているため、Ｔナット３１３の端面３１３ａとボルト４１の位置は一定である。したがって、例えば、予め交換ジョー３１－１をチャック２１に取付けた状態でＴナット３１３の端面３１３ａを検出して、その検出結果をボルト４１の締緩位置と関連付けて記憶させておき、レーザ変位計により端面３１３ａを検出した際に、検出した端面３１３ａの位置と記憶している端面３１３ａの位置との差を算出し、算出した差の分だけ記憶しているボルト４１の締緩位置をオフセットすることで、ボルト４１の締緩位置を特定することができる。端面３１３ａの位置を予め記憶する際の交換ジョー３１－１の取付け位置は、取付け範囲内の任意の場所であってよい。

【0032】

図７は、変位計によりＴナット３１３の端面を所定部位とする場合の検出例を示した図である。なお、図７においては、ストッカ１５については、理解を容易にするため、透過しているものとし、これを破線で示している。図７に示す変位計１２１は、ストッカ１５に配設されている。この変位計１２１は、ストッカ１５に交換ジョー３１－１が収容された際に、Ｔナット３１３の端面３１３ｂと接し、Ｔナット３１３の端面３１３ｂの位置を検出する。この構成により、変位計１２１がＴナット３１３の端面３１３ｂの位置を検出することで、ボルト４１の位置を特定することができる。

【0033】

２－３．ボルトの工具穴部
次に、ボルト４１の工具穴部を所定部位とする場合を説明する。図８は、ボルト４１の工具穴部を所定部位とする場合の検出例を示した図である。同図に示すＦｉｇ．８Ａは、交換ジョー３１－１がチャック２１に装着された状態の交換ジョー３１－１正面側を示した図であり、Ｆｉｇ．８Ｂは、交換ジョー３１－１がチャック２１に装着された状態の交換ジョー３１－１の左側面側を示した図である。なお、Ｆｉｇ．８Ｂにおいては、理解を容易にするため、チャック２１を透過しているものとし、これを破線で示している。

【0034】

検出装置１２にレーザ変位計を用いる場合には、レーザ変位計は、Ｆｉｇ．８Ａ及びＦｉｇ．８Ｂの矢印Ｇに沿ってスキャンを行い、Ｆｉｇ．８Ｂの矢印Ｈの方向にレーザを照射する。矢印Ｇが示しているのは、ボルト４１が存在しうる範囲である。また、検出装置１２に二次元レーザ変位計を用いる場合には、矢印Ｇが示す領域を含むようにスキャンを行ってボルト４１の工具穴部を検出する。具体的には、あらかじめボルト４１の工具穴部付近をスキャンして工具穴底と付近の距離をパターンとして記憶しておき、検出した距離の変化と記憶しておいたパターンとを比較を行うことボルト４１の工具穴部であるか否かを判別する。また、近接センサを用いてボルト４１の工具穴部を検出する場合は、直接これを検知する。カメラを用いてボルト４１の工具穴部を検出する場合は、ボルト４１の工具穴部が存在しうる範囲を撮像範囲に含むように撮影を行う。３Ｄスキャナを用いてボルト４１の工具穴部を検出する場合は、ボルト４１の工具穴部が存在しうる範囲をスキャン領域に含むようにスキャンを行う。

【0035】

また、交換ジョー３１－１がストッカ１５に収容されている場合も、同様に、交換ジョー３１－１正面のボルト４１が存在しうる範囲をスキャンしてボルト４１の工具穴部を検出する。

【0036】

検出装置１２にカメラを用いる場合には、交換ジョー３１－１正面のボルト４１が存在しうる範囲を撮影し、画像処理により、ボルト４１の工具穴部を検出する。また、交換ジョー３１－１がチャック２１に装着されている場合には、図９に示すように、カメラによる撮影範囲をチャック２１の正面の全体を含むようにすることで、交換ジョー３１－１のボルト４１に加え、交換ジョー３１－２のボルト４１－２、交換ジョー３１－３のボルト４１－３を同時に撮影することができる。図９は、検出装置１２にカメラを用いた場合の検出例を示した図である。なお、カメラによる撮影範囲をチャック２１の正面の全体を含むようした場合、ボルト４１、ボルト４１－２、ボルト４１－３の他にチャック自体を固定するボルトも撮影されるが、この場合には、画像処理により交換ジョー３１－１、交換ジョー３１－２、交換ジョー３１－３の輪郭を検出し、その内側にあるものを、工具穴部を検出する対象として判別させる。具体的には、予め交換ジョー３１－１をチャック２１に取付けた状態で撮影した画像から特定した工具穴部とボルト４１の締緩位置と関連付けて記憶させておき、これに基づいて、検出した工具穴部からボルト４１の締緩位置を特定する。予め撮影して記憶する際の交換ジョー３１－１の取付け位置は、取付け範囲内の任意の場所であってよいが、異なる取付け位置等の複数の画像と、それぞれに関連付けたボルト４１の締緩位置を記憶しておくことで、画像処理による向きとスケールの変換が容易になりボルト４１の締緩位置の特定の精度が向上する。

【0037】

２－４．ボルト頭部
ボルトは、工具穴部を有さない場合がある。この場合には、ボルトの頭部を検出する。なお、ボルト頭部の検出は、ボルト４１の工具穴部を検出する場合と同様であるため、詳細な説明については省略する。

【0038】

３．動作例
次に、治具自動交換システム１の動作例について説明する。

【0039】

３－１．交換ジョー一式をチャックに装着する場合
図１０は、交換ジョーをチャックに装着する場合の動作の流れを示すアクティビティ図である。まず、検出装置１２がストッカ１５に収容されている交換ジョー３１－１のボルト４１の位置を検出する（Ａ１０１）。続いて、マスタージョーが開位置にない場合は、チャック２１の制御装置が図示しないシリンダを駆動して全てのマスタージョーを開位置に移動させる（Ａ１０２）。

【0040】

次に、工作機器の制御装置が、チャック２１が取付けられたスピンドルを動作させて、交換ジョー３１－１が装着されるマスタージョーの位置を所定の位置に割出する（Ａ１０３）。所定の位置は、例えば、時計の１２時を示す位置である。続いて、ロボット１３がストッカ１５から交換ジョー３１－１を、その装着位置であるマスタージョーの所定位置に搬送する（Ａ１０４）。そして、Ａ１０１で検出したボルト位置に基づいて、ボルト締緩装置１４をボルト４１の位置に移動させる（Ａ１０５）。Ａ１０１で検出したボルト位置は、交換ジョー３１－１に対するボルト４１の位置であるから、この位置と交換ジョー３１－１を搬送した位置からボルト４１の位置を特定することができる。そして、ボルト締緩装置１４がボルト４１の締め付けを行う（Ａ１０６）。

【0041】

同様に、工作機器の制御装置が、チャック２１が取付けられたスピンドルを動作させて、交換ジョー３１－２が装着されるマスタージョーの位置を所定の位置に割出する（Ａ１０３）。続いて、ロボット１３がストッカ１５から交換ジョー３１－２を、その装着位置であるマスタージョーの所定位置に搬送する（Ａ１０４）。そして、Ａ１０１で検出したボルト位置に基づいて、ボルト締緩装置１４をボルト４１－２の位置に移動させる（Ａ１０５）。そして、ボルト締緩装置１４がボルト４１－２の締め付けを行う（Ａ１０６）。

【0042】

さらに、工作機器の制御装置が、チャック２１が取付けられたスピンドルを動作させて、交換ジョー３１－３が装着されるマスタージョーの位置を所定の位置に割出する（Ａ１０３）。続いて、ロボット１３がストッカ１５から交換ジョー３１－３を、その装着位置であるマスタージョーの所定位置に搬送する（Ａ１０４）。そして、Ａ１０１で検出したボルト位置に基づいて、ボルト締緩装置１４をボルト４１－３の位置に移動させる（Ａ１０５）。そして、ボルト締緩装置１４がボルト４１－３の締め付けを行う（Ａ１０６）。

【0043】

そして、交換ジョー３１－１、交換ジョー３１－２、交換ジョー３１－３をチャック２１に装着すると、交換ジョー一式のチャック２１への装着を終了する。

【0044】

なお、全ての交換ジョーのボルト位置は同じであるケースが殆どなのでボルト位置の検出を一回のみとしているが、全ての交換ジョーのボルト位置を検出してもよい。

【0045】

３－２．交換ジョー一式をストッカに収容する場合
図１１は、交換ジョーをストッカに収容する場合の動作の流れを示すアクティビティ図である。まず、ロボット１３がエアブロー等を用いて、チャック２１の表面の切粉を除去する（Ａ２０１）。続いて、マスタージョーが開位置にない場合は、チャック２１の制御装置が図示しないシリンダを駆動して全てのマスタージョーを開位置に移動させる（Ａ２０２）。

【0046】

次に、工作機器の制御装置が、チャック２１が取付けられたスピンドルを動作させて、交換ジョー３１－１が装着されているマスタージョーの位置を所定の位置に割出する（Ａ２０３）。所定の位置は、例えば、時計の１２時を示す位置である。そして、検出装置１２が交換ジョー３１－１のボルト４１の位置を検出する（Ａ２０４）。ただし、チャック２１に装着されている交換ジョー３１－１（交換ジョー３１－２、交換ジョー３１－３）が、装着時と同じである場合は締緩位置が装着時と同じなのでこの工程を省略することができる。

【0047】

続いて、Ａ２０４で検出したボルト位置に基づいて、ボルト締緩装置１４をボルト４１の位置に移動させ（Ａ２０５）、ボルト締緩装置１４がボルト４１を緩める（Ａ２０６）。そして、ロボット１３が交換ジョー３１－１をマスタージョーから抜き取り（Ａ２０７）、抜き取った交換ジョー３１－１を洗浄位置に搬送して洗浄する（Ａ２０８）。洗浄が終了すると、ロボット１３は、交換ジョー３１－１をストッカ１５の収納位置に搬送する（Ａ２０９）。

【0048】

同様に、工作機器の制御装置が、チャック２１が取付けられたスピンドルを動作させて、交換ジョー３１－２が装着されているマスタージョーの位置を所定の位置に割出する（Ａ２０３）。続いて、Ａ２０４で検出したボルト位置に基づいて、ボルト締緩装置１４をボルト４１－２の位置に移動させ（Ａ２０５）、ボルト締緩装置１４がボルト４１－２を緩める（Ａ２０６）。そして、ロボット１３が交換ジョー３１－２をマスタージョーから抜き取り（Ａ２０７）、抜き取った交換ジョー３１－２を洗浄位置に搬送して洗浄する（Ａ２０８）。洗浄が終了すると、ロボット１３は、交換ジョー３１－２をストッカ１５の収納位置に搬送する（Ａ２０９）。

【0049】

さらに、工作機器の制御装置が、チャック２１が取付けられたスピンドルを動作させて、交換ジョー３１－３が装着されているマスタージョーの位置を所定の位置に割出する（Ａ２０３）。続いて、Ａ２０４で検出したボルト位置に基づいて、ボルト締緩装置１４をボルト４１－３の位置に移動させ（Ａ２０５）、ボルト締緩装置１４がボルト４１－３を緩める（Ａ２０６）。そして、ロボット１３が交換ジョー３１－３をマスタージョーから抜き取り（Ａ２０７）、抜き取った交換ジョー３１－３を洗浄位置に搬送して洗浄する（Ａ２０８）。洗浄が終了すると、ロボット１３は、交換ジョー３１－３をストッカ１５の収納位置に搬送する（Ａ２０９）。

【0050】

なお、全ての交換ジョーのボルト位置は同じであるケースが殆どなのでボルト位置の検出を一回のみとしているが、全ての交換ジョーのボルト位置を検出してもよい。また、交換ジョーは、１個づつ順番に洗浄する必要はなく、全ての交換ジョーを洗浄位置に搬送した後に纏めて洗浄し、洗浄後に収納位置に搬送するフローであってもよい。

【0051】

３－３．交換ジョー一式をストッカに収容する場合の変形例
治具自動交換システム１は、検出装置１２とボルト締緩装置１４がロボット１３に備えられている場合もあるが、検出装置１２と、ロボット１３と、ボルト締緩装置１４がそれぞれ独立して動作するように構成することもできる。この場合には、検出装置１２と、ロボット１３と、ボルト締緩装置１４を並行して動作させることができる。ここでは、ロボット１３と、ボルト締緩装置１４を並行して動作させる場合の動作例を説明する。

【0052】

図１２は、交換ジョーをストッカに収容する場合の動作の流れを示すアクティビティ図である。まず、ロボット１３がエアブロー等を用いて、チャック２１の表面の切粉を除去する（Ａ３０１）。続いて、マスタージョーが開位置にない場合は、チャック２１の制御装置が図示しないシリンダを駆動して全てのマスタージョーを開位置に移動させる（Ａ３０２）。

【0053】

次に、工作機器の制御装置が、チャック２１が取付けられたスピンドルを動作させて、交換ジョー３１－１が装着されているマスタージョーの位置を所定の位置に割出する（Ａ３０３）。所定の位置は、例えば、時計の１２時を示す位置である。そして、検出装置１２が交換ジョー３１－１のボルト４１の位置を検出する（Ａ３０４）。

【0054】

続いて、Ａ３０４で検出したボルト位置に基づいて、ボルト締緩装置１４をボルト４１の位置に移動させ（Ａ３０５）、ボルト締緩装置１４がボルト４１を緩める（Ａ３０６）。そして、ロボット１３が交換ジョー３１－１をマスタージョーから抜き取る（Ａ３０７）。

【0055】

次に、ロボット１３が、抜き取った交換ジョー３１－１を洗浄位置に搬送して洗浄する（Ａ３０８）。洗浄が終了すると、ロボット１３は、交換ジョー３１－１をストッカ１５の収納位置に搬送する（Ａ３０９）。

【0056】

一方、ロボット１３がＡ３０８とＡ３０９の処理をしている間、工作機器の制御装置が、チャック２１が取付けられたスピンドルを動作させて、交換ジョー３１－２が装着されているマスタージョーの位置を所定の位置に割出する（Ａ３１０）。そして、Ａ３０４で検出したボルト位置に基づいて、ボルト締緩装置１４をボルト４１の位置に移動させ（Ａ３１１）、ボルト締緩装置１４がボルト４１を緩める（Ａ３１２）。

【0057】

ロボット１３によるＡ３０９の処理と、ボルト締緩装置１４によるＡ３１２の処理が終了すると、ロボット１３が交換ジョー３１－２をマスタージョーから抜き取る（Ａ３０７）。

【0058】

同様に、ロボット１３が、抜き取った交換ジョー３１－２を洗浄位置に搬送して洗浄し（Ａ３０８）、洗浄が終了すると、ロボット１３は、交換ジョー３１－２をストッカ１５の収納位置に搬送する（Ａ３０９）。このとき、工作機器の制御装置が、チャック２１が取付けられたスピンドルを動作させて、交換ジョー３１－３が装着されているマスタージョーの位置を所定の位置に割出する（Ａ３１０）。そして、Ａ３０４で検出したボルト位置に基づいて、ボルト締緩装置１４をボルト４１の位置に移動させ（Ａ３１１）、ボルト締緩装置１４がボルト４１を緩める（Ａ３１２）。

【0059】

その後、ロボット１３が交換ジョー３１－３をマスタージョーから抜き取り（Ａ３１３）、ロボット１３が、抜き取った交換ジョー３１－３を洗浄位置に搬送して洗浄する（Ａ３１４）。洗浄が終了すると、ロボット１３は、交換ジョー３１－３をストッカ１５の収納位置に搬送する（Ａ３１５）。

【0060】

４．その他
さて、これまでは、工作機器２と治具３の組み合わせと、チャック２１と交換ジョー３１－１等を例として説明したが、工作機器２と治具３が他の場合であっても、治具自動交換システム１により治具３の交換を行うことができる。ここでは、バイスタイプの治具の例を説明する。

【0061】

図１３は、バイスタイプの治具を示した図である。同図に示す例は、治具本体２２に、把握ジョーの固定部３２と、把握ジョーの可動部３３と、固定ジョー３４が装着されている。この例の場合、固定部３２と、可動部３３と、固定ジョー３４の交換が可能である。治具自動交換システム１が、これらの交換を行う際には、ボルト等の固定具の位置を検出する必要があるが、この検出は、治具本体２２の凸部２２１又は凸部２２２を基準として、固定部３２の凸部３２１の位置や固定ジョー３４の凸部３４１を検出することで行う。また、固定部３２の貫通孔３２２内のボルト、可動部３３の貫通孔３３１内のボルト、固定ジョー３４の貫通孔３４２内のボルトを検出することも、先に説明した場合と同様に行うことができる。

【0062】

この図１３に示した治具は、ボルトの締緩によりワークを把握することができるタイプのものである。したがって、治具の交換と同様の方法、つまり、ボルトの締緩を行う位置を特定してボルトの締緩を行う方法で、ワークを把握させたり、その把握を解放したりすることができる。よって、図１３に示した治具又は同タイプの治具を用いる場合には、ワークの交換も自動で行うことが可能となる。

【0063】

本発明は、次に記載の各態様で提供されてもよい。
前記治具自動交換システムにおいて、ストッカを備え、前記ストッカは、治具を収容可能に構成され、前記ロボットは、治具を前記装着位置から前記ストッカに設けられた収納位置に搬出させ、又は治具を収納位置から前記装着位置に搬入させる、治具自動交換システム。
前記治具自動交換システムにおいて、前記検出装置は、前記ストッカと前記工作機器との少なくとも一方に備えられる、治具自動交換システム。
前記治具自動交換システムにおいて、前記検出装置は、前記ロボットに備えられる、治具自動交換システム。
前記治具自動交換システムにおいて、前記ボルト締緩装置は、前記ロボットに一体に備えられる、治具自動交換システム。
前記治具自動交換システムにおいて、前記所定部位は、治具に備えられたＴナットの端面であり、前記検出装置は、前記Ｔナットの位置を検出する変位計又はレーザ変位計である、治具自動交換システム。
前記治具自動交換システムにおいて、前記所定部位は、治具の側面に設けられた凸部又は凹部であり、前記検出装置は、前記凸部又は前記凹部の位置を検出するレーザ変位計と、二次元レーザ変位計と、近接センサとの何れか１つである、治具自動交換システム。
前記治具自動交換システムにおいて、前記所定部位は、治具を締結するボルトに設けられた締緩用の工具穴部であり、前記検出装置は、前記工具穴部の位置を検出するレーザ変位計と、二次元レーザ変位計と、カメラと、３Ｄスキャナとの何れか１つである、治具自動交換システム。
前記治具自動交換システムにおいて、前記所定部位は、治具を締結するボルトの頭部であり、前記検出装置は、前記頭部の位置を検出するレーザ変位計と、二次元レーザ変位計と、カメラと、３Ｄスキャナとの何れか１つである、治具自動交換システム。
前記治具自動交換システムにおいて、前記工作機器は、チャックであり、前記チャックは、少なくともトップジョーが該チャックに設けられたマスタージョーに治具として装着される、治具自動交換システム。
前記治具自動交換システムにおいて、前記工作機器は、マシニングセンタ、または５軸加工機に固定される固定器具であり、前記固定器具は、少なくともトップジョーが治具として装着される、治具自動交換システム。
もちろん、この限りではない。

【0064】

最後に、本発明に係る実施形態を説明したが、これらは、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。当該新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。当該実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0065】

１ ：治具自動交換システム
２ ：工作機器
３ ：治具
１１ ：制御装置
１２ ：検出装置
１３ ：ロボット
１４ ：ボルト締緩装置
１５ ：ストッカ
２１ ：チャック
２２ ：治具本体
３１－１ ：交換ジョー
３１－２ ：交換ジョー
３１－３ ：交換ジョー
３２ ：固定部
３３ ：可動部
３４ ：固定ジョー
４１ ：ボルト
４１－２ ：ボルト
４１－３ ：ボルト
１２１ ：変位計
１５１ ：溝
２２１ ：凸部
２２２ ：凸部
３１１ ：凸部
３１２ ：セレーション
３１３ ：Ｔナット
３１３ａ ：端面
３１３ｂ ：端面
３１４ ：規制部
３１５ ：貫通孔
３２１ ：凸部
３２２ ：貫通孔
３３１ ：貫通孔
３４１ ：凸部
３４２ ：貫通孔
Ａ ：矢印
Ｂ ：矢印
Ｃ ：矢印
Ｄ ：矢印
Ｇ ：矢印
Ｈ ：矢印

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【手続補正書】

【提出日】2021-05-26

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

工作機器の装着位置にボルト締緩によって装着される治具を自動交換可能な治具自動交換システムであって、
検出装置と、ロボットと、ボルト締緩装置と、制御装置とを備え、
前記検出装置は、治具の所定部位を検出する変位計又はレーザ変位計であり、
前記所定部位は、治具に備えられたＴナットの端面であり、
前記ロボットは、治具を搬送可能に構成され、
前記ボルト締緩装置は、治具を固定するボルトを締緩可能に構成され、
前記制御装置は、
前記検出装置による所定部位の検出結果に基づいてボルト締緩位置を決定し、
前記ロボットに、治具を前記装着位置から搬出させ、又は治具を前記装着位置に搬入させ、
前記ボルト締緩位置に前記ボルト締緩装置を移動させ、該ボルト締緩装置にボルトの締め又は緩めを行わせる、
治具自動交換システム。

【請求項2】

工作機器の装着位置にボルト締緩によって装着される治具を自動交換可能な治具自動交換システムであって、
検出装置と、ロボットと、ボルト締緩装置と、制御装置とを備え、
前記検出装置は、治具の所定部位を検出するレーザ変位計と、二次元レーザ変位計と、近接センサとの何れか１つであり、
前記所定部位は、治具の側面に設けられた凸部又は凹部であり、
前記ロボットは、治具を搬送可能に構成され、
前記ボルト締緩装置は、治具を固定するボルトを締緩可能に構成され、
前記制御装置は、
前記検出装置による所定部位の検出結果に基づいてボルト締緩位置を決定し、
前記ロボットに、治具を前記装着位置から搬出させ、又は治具を前記装着位置に搬入させ、
前記ボルト締緩位置に前記ボルト締緩装置を移動させ、該ボルト締緩装置にボルトの締め又は緩めを行わせる、
治具自動交換システム。

【請求項3】

工作機器の装着位置にボルト締緩によって装着される治具を自動交換可能な治具自動交換システムであって、
検出装置と、ロボットと、ボルト締緩装置と、制御装置とを備え、
前記検出装置は、治具の所定部位が存在しうる範囲から該所定部位を検出するレーザ変位計と、二次元レーザ変位計と、カメラと、３Ｄスキャナとの何れか１つであり、
前記所定部位は、治具を固定するボルトに設けられた締緩用の工具穴部であり、該ボルトは、治具の貫通孔に挿入されており、
前記ロボットは、治具を搬送可能に構成され、
前記ボルト締緩装置は、治具を固定するボルトを締緩可能に構成され、
前記制御装置は、
前記検出装置による所定部位の検出結果に基づいてボルト締緩位置を決定し、
前記ロボットに、治具を前記装着位置から搬出させ、又は治具を前記装着位置に搬入させ、
前記ボルト締緩位置に前記ボルト締緩装置を移動させ、該ボルト締緩装置にボルトの締め又は緩めを行わせる、
治具自動交換システム。

【請求項4】

工作機器の装着位置にボルト締緩によって装着される治具を自動交換可能な治具自動交換システムであって、
検出装置と、ロボットと、ボルト締緩装置と、制御装置とを備え、
前記検出装置は、治具の所定部位が存在しうる範囲から該所定部位を検出するレーザ変位計と、二次元レーザ変位計と、カメラと、３Ｄスキャナとの何れか１つであり、
前記所定部位は、治具を固定するボルトの頭部であり、該ボルトは、治具の貫通孔に挿入されており、
前記ロボットは、治具を搬送可能に構成され、
前記ボルト締緩装置は、治具を固定するボルトを締緩可能に構成され、
前記制御装置は、
前記検出装置による所定部位の検出結果に基づいてボルト締緩位置を決定し、
前記ロボットに、治具を前記装着位置から搬出させ、又は治具を前記装着位置に搬入させ、
前記ボルト締緩位置に前記ボルト締緩装置を移動させ、該ボルト締緩装置にボルトの締め又は緩めを行わせる、
治具自動交換システム。

【請求項5】

請求項１～請求項４の何れか１項に記載の治具自動交換システムにおいて、
ストッカを備え、
前記ストッカは、治具を収容可能に構成され、
前記ロボットは、治具を前記装着位置から前記ストッカに設けられた収納位置に搬出させ、又は治具を収納位置から前記装着位置に搬入させる、
治具自動交換システム。

【請求項6】

請求項５に記載の治具自動交換システムにおいて、
前記検出装置は、前記ストッカと前記工作機器との少なくとも一方に備えられる、
治具自動交換システム。

【請求項7】

請求項１～請求項６の何れか１項に記載の治具自動交換システムにおいて、
前記検出装置は、前記ロボットに備えられる、
治具自動交換システム。

【請求項8】

請求項１～請求項７の何れか１項に記載の治具自動交換システムにおいて、
前記ボルト締緩装置は、前記ロボットに一体に備えられる、
治具自動交換システム。

【請求項9】

請求項１～請求項８の何れか１項に記載の治具自動交換システムにおいて、
前記工作機器は、チャックであり、
前記チャックは、少なくともトップジョーが該チャックに設けられたマスタージョーに治具として装着される、
治具自動交換システム。

【請求項10】

請求項１～請求項８の何れか１項に記載の治具自動交換システムにおいて、
前記工作機器は、マシニングセンタ、または５軸加工機に固定される固定器具であり、
前記固定器具は、少なくともトップジョーが治具として装着される、
治具自動交換システム。