特許 7214572 パレット交換装置によるワーク重量検出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-01-20

(45)【発行日】2023-01-30

(54)【発明の名称】パレット交換装置によるワーク重量検出方法

(51)【国際特許分類】

   B23Q 17/00 20060101AFI20230123BHJP

   B23Q 7/00 20060101ALI20230123BHJP

【ＦＩ】

B23Q17/00 A

B23Q7/00 G

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019104545

(22)【出願日】2019-06-04

(65)【公開番号】P2020196105

(43)【公開日】2020-12-10

【審査請求日】2022-03-29

(73)【特許権者】

【識別番号】000205454

【氏名又は名称】ニデックオーケーケー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107423

【弁理士】

【氏名又は名称】城村 邦彦

(74)【代理人】

【識別番号】100120949

【弁理士】

【氏名又は名称】熊野 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100093997

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 秀佳

(72)【発明者】

【氏名】柴原 豪紀

(72)【発明者】

【氏名】大野 清敬

【審査官】亀田 貴志

(56)【参考文献】

【文献】独国実用新案第２０２００８０１２１９７（ＤＥ，Ｕ１）

【文献】特開平８－３１０５０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２９７８２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平２－１３９１４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｑ １７／００

Ｂ２３Ｑ ７／００

Ｂ２３Ｑ ４１／００

Ｂ２４Ｂ ４１／０６

Ｂ６５Ｇ １／００ － １／２０

Ｇ０１Ｇ １９／００

Ｇ０５Ｂ １９／００ － １９／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

垂直な旋回軸の回りに旋回可能かつ前記旋回軸に沿って昇降可能であって、ワークを搭載するパレットを支持可能な一対のフォークが前記旋回軸の半径方向両側に延びたパレット支持部材を、サーボ機構によって旋回および昇降することでパレットを交換するパレット交換装置において、
ワークが搭載されたパレットをフォークに移載するため前記パレット支持部材を前記サーボ機構によって段階的に上昇させる際に、第１段階の上昇によって前記一対のフォークのうち片側のフォークに第１のワークを搭載したパレットを移載し、当該移載によって前記サーボ機構に作用する負荷に基づいて第１のワークの重量を検出した後、第２段階の上昇によって反対側のフォークに第２のワークを搭載したパレットを移載し、当該移載によって前記サーボ機構に作用する負荷の増分に基づいて第２のワークの重量を検出するようにしたことを特徴とするワーク重量検出方法。

【請求項2】

工具を装着する主軸がある工作機械の機内側でワーク搭載用のパレットを着脱可能に位置決めして前記主軸に対して前後動、旋回動および揺動可能に配設された機内テーブルが前記主軸から後退して到着するパレット脱着位置と、当該パレット脱着位置から見て前記主軸と反対側の機外側でパレットに搭載した未加工ワークと加工済ワークを入れ替える段取りステーションとの間で、パレットを支持可能な一対のフォークを両側に有するパレット支持部材をサーボ機構によって垂直な旋回軸の回りに旋回することでパレットを交換するパレット交換装置を使用して、
前記機内テーブルが前記主軸の前の加工位置に前進しているとき、前記パレット支持部材を前記サーボ機構で前記機内テーブルと干渉しない定位置に下降させ、
ワークの加工が終わると、前記パレット支持部材を前記サーボ機構で前記定位置から第１の高さに上昇させて前記段取りステーションの未加工ワークを搭載したパレットを前記フォークに移載し、
前記パレット支持部材を前記サーボ機構で前記第１の高さから第２の高さに上昇させ、前記機内テーブルが前記パレット脱着位置に後退するときに前記フォークの間に前記機内テーブルの上端部を受け入れ、
前記パレット支持部材を前記サーボ機構で前記第２の高さから第３の高さに上昇させ、前記機内テーブルに支持されたパレットを前記フォークに移載し、
前記機内テーブルを前進させて前記パレット脱着位置から退避させた状態で前記パレット支持部材を前記サーボ機構で前記旋回軸の回りに旋回することでパレットを交換し、
前記パレット支持部材を前記サーボ機構で前記定位置から前記第１の高さに上昇させたときに、前記サーボ機構に作用する負荷に基づいて未加工ワークの重量Ｍ₁を検出することを特徴とするワーク重量検出方法。

【請求項3】

前記パレット支持部材を前記サーボ機構で前記第２の高さから前記第３の高さに上昇させたときに、前記サーボ機構に作用する負荷に基づいて未加工ワークと加工済ワークの合計重量Ｍ₁₊₂を検出することを特徴とする請求項２のワーク重量検出方法。

【請求項4】

前記未加工ワークと加工済ワークの合計重量Ｍ₁₊₂から、前記未加工ワークの重量Ｍ₁を減算することで加工済ワークの重量Ｍ₂を検出することを特徴とする請求項３のワーク重量検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は工作機械（マシニングセンタ：ＭＣ）のパレット交換装置（ＡＰＣ）によるワーク重量検出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に工作機械はパレット交換装置を備え、未加工ワークを載せて機外側の段取りステーションに搬入されたパレットと、加工済ワークを載せ機内側のパレット脱着位置に到着した機内テーブル上のパレットを、パレット交換装置の一対のアームを昇降・旋回することにより交換する（特許文献１、２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第４３１０１５６号公報

【文献】特開２００９－２０８２０２号公報

【文献】特公平７－２２８６３号公報

【文献】特許第２７１７６０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一方、パレット交換装置のサイクルタイムを短縮するため、ワーク重量の変化によるパレット交換装置の負荷変動に基づいてサーボ機構の追従感度を設定するＫＶ値（サーボループゲイン）を変えるようにしたパレット交換装置が提案されている（特許文献３、４参照）。しかしながら、サーボ機構の負荷から個々のワーク重量を精度良く検出することが難しく、ＫＶ値を適切に制御できないためにハンチングやオーバーシュートを引き起こす可能性があった。勿論、ワーク重量を検出する専用工程を設けることも可能であるが、そうするとサイクルタイムと設備コストが増大する。

【0005】

そこで本発明の目的は、サイクルタイムと設備コストを増大することなく、パレット交換装置によって個々のワーク重量を精度良く検出することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記課題を解決するため、本発明のワーク重量検出方法は、垂直な旋回軸の回りに旋回可能かつ前記旋回軸に沿って昇降可能であって、ワークを搭載するパレットを支持可能な一対のフォークが前記旋回軸の半径方向両側に延びたパレット支持部材を、サーボ機構によって旋回および昇降することでパレットを交換するパレット交換装置において、
ワークが搭載されたパレットをフォークに移載するため前記パレット支持部材を前記サーボ機構によって段階的に上昇させる際に、第１段階の上昇によって前記一対のフォークのうち片側のフォークに第１のワークを搭載したパレットを移載し、当該移載によって前記サーボ機構に作用する負荷に基づいて第１のワークの重量を検出した後、第２段階の上昇によって反対側のフォークに第２のワークを搭載したパレットを移載し、当該移載によって前記サーボ機構に作用する負荷の増分に基づいて第２のワークの重量を検出するようにしたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明はパレット交換装置の動作を利用することで、サイクルタイムと設備コストを増大することなく個々のワーク重量を精度良く検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施形態に係るパレット交換装置を使用した工作機械の（ａ）側面図と（ｂ）平面図である。

【図2A】パレット交換装置の正面図である。

【図2B】パレット交換装置を機外側から見た斜視図である。

【図2C】パレット交換装置の要部を示す斜視図である。

【図3A】機内テーブルの側面図である。

【図3B】機内テーブルの平面図である。

【図4】段取りステーションのパレット支持台を斜め下方から見た斜視図である。

【図5A】パレット支持部材が最高の第３の高さに位置するパレット交換装置の側面図である。

【図5B】パレット支持部材が最低の定位置に位置するパレット交換装置の側面図である。

【図6A】パレット交換装置の作動ステージを示すもので、パレット支持部材が最低の定位置から最高の第３の高さに移動するまでを示す図である。

【図6B】パレット交換装置の作動ステージを示すもので、パレット支持部材が最高の第３の高さで１８０°水平旋回し、第２の高さに移動して機内テーブルを加工位置に逃がすまでを示す図である。

【図6C】パレット交換装置の作動ステージを示すもので、パレット支持部材が第１の高さから最低の定位置に移動するまでを示す図である。

【図7】作動ステージに対応してフォークの高さ位置、荷重、速度を時間軸に沿って示す図である。

【図8】パレット交換方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面に基いて本発明の実施形態に係るパレット交換装置と、このパレット交換装置を使用した工作機械（マシニングセンタ）について説明する。なお、各図面で共通する部材には原則として同じ符号を付すことで、一度説明した部材についてはその後の重複した説明を省略することとする。

【0010】

（工作機械の概要）
図１（ａ）（ｂ）は工作機械（マシニングセンタ）１００の側面図と平面図を示すもので、工作機械１００は機枠１１０の図示右側が機内側で左側が機外側である。機内側に工具が取付けられる主軸１２０が移動可能に配設され、機外側にワークの搬入・搬出設備が配設される。パレット交換装置２００は機内側と機外側の中間位置に配設されている。機枠１１０の側面には操作パネル１３０が水平方向に旋回可能に配設されている。

【0011】

図２Ａ、図２Ｂに示すように、パレット交換装置２００は垂直な旋回部材２１０を有する。この旋回部材２１０の上下両端部は、図２Ｂの矩形枠状のフレーム体の下辺部２０１中央上面と上辺部２０３中央下面にそれぞれ回転可能に軸支されている。下辺部２０１と上辺部２０３は、左右の側辺部２０２、２０２で連結されることで矩形枠状のフレーム体を構成している。

【0012】

旋回部材２１０はその垂直な旋回軸２１０ａを中心として旋回可能とされている。この旋回軸２１０ａは、後述する機内側パレット脱着位置と機外側段取りステーションの中間に位置する。旋回部材２１０には図２Ｃに示すように、矩形枠状のフレーム体の内側を閉塞する仕切部材２０７が取付けられる。この仕切部材２０７は、機内側の切削屑や切削油の外部飛散を防止するためのもので、仕切部材２０７によって機内側と機外側が隔絶される。

【0013】

矩形枠状のフレーム体の上辺部２０３の中央上面に、ギヤードモータ２１１とカムボックス２１２が配設されている。ギヤードモータ２１１の水平回転軸がカムボックス２１２の側面に配置された入力軸に連結され、カムボックス２１２の下面に配置された出力軸に旋回部材２１０の上端部が連結されている。そして、ギヤードモータ２１１を正転（または逆転）することによって、旋回部材２１０が水平方向（図２Ｂの矢印Ｂ方向）に１８０°で旋回するように構成されている。このように、パレット交換装置２００は矩形枠状のフレーム体と一体にユニット化されているので、既存の５軸制御ＭＣにも比較的簡単に組み込み可能である。なお、旋回部材２１０の旋回角度は近接スイッチで確認するようにしているが、ギヤードモータ２１１の代わりにステッピングモータを使用すれば近接スイッチは省略可能である。

【0014】

図２Ａに示すように、旋回部材２１０の垂直な側面に、垂直方向に２本の案内レール２１７（直動転がりガイド）が配設されている。一方、パレット支持部材２２０の上下左右４箇所に被ガイド部２２２が配設され、当該被ガイド部２２２が案内レール２１７に摺動可能に係合している。

【0015】

旋回部材２１０の上部に、図２Ａ、図２Ｃに示すように、パレット支持部材２２０を昇降させる昇降機構としてサーボモータ２１３が配設されている。このサーボモータ２１３の出力軸に、垂直なボールねじ２１４の上端部が連結されている。ボールねじ２１４の上端部と下端部は、旋回部材２１０の側面に配設された支持金具２１５、２１６で回転可能に支持されている。ステッピングモータ２１１とサーボモータ２１３によってサーボ機構が構成され、当該サーボ機構は図２Ｃのモータ制御装置４００で制御される。

【0016】

ボールねじ２１４が挿通されたナット２２１が、パレット支持部材２２０の中央部に固定されている。これにより、サーボモータ２１３を正転または逆転することにより、パレット支持部材２２０が案内レール２１７に沿って昇降するようになっている（図２Ａ、図２Ｂの矢印Ａ方向）。パレット支持部材２２０の昇降動作の詳細については図６Ａ～図８を参照して後述する。

【0017】

（段取りステーション）
図２Ｂの矩形枠状のフレーム体の下辺部２０１の機外側にパレット支持台２０４が固定配置されている。このパレット支持台２０４の上に円盤状のパレット旋回テーブル２０５が配設されている。パレット旋回テーブル２０５とパレット支持台２０４との間にローラベアリングが配設され、パレット旋回テーブル２０５がその中心回りに水平旋回可能とされている。

【0018】

パレット旋回テーブル２０５の上で、工作機械１００の外部から搬送されてくる未加工ワークと、工作機械１００の機内から出てくる加工済ワークを、パレットＰに搭載した状態で入れ替える。すなわちパレット旋回テーブル２０５によって段取りステーションが構成される。パレット旋回テーブル２０５の上に搬送された未加工ワークは、段取りのためパレット旋回テーブル２０５を９０°間隔で旋回することでパレットＰを含めた未加工ワークの向きを変更することができる。

【0019】

図２Ａ～図２Ｃに示すように、パレット支持部材２２０は、旋回部材２１０の旋回軸２１０ａに関して左右対称形に構成され、パレット支持部材２２０の左右両端部に一対のフォーク２３０が形成されている。この一対のフォーク２３０は図２Ｃ、図４に示すようにＵ字状を成し、フォーク２３０の先端部と基端部の合計４箇所に、パレットＰの底面を支持する突起２３１が形成されている。

【0020】

そして機外側の段取りステーション（パレット支持台２０４）において、ワークの搬入・搬出設備によってパレット支持台２０４の上の円盤状のパレット旋回テーブル２０５に上方から載置されるパレットＰの下部を、図４のように、フォーク２３０の内側に受け入れ可能に構成されている。また機内側では機内テーブル３００の上端部を水平方向からフォーク２３０の内側に受け入れ可能に構成されている。前記パレット旋回テーブル２０５の上面には、パレットＰの下部を支持する突起部２０５ａが複数形成されている。

【0021】

（機内テーブル）
図３Ａと図３Ｂは、トラニオン方式の機内テーブル３００を示す側面図と平面図である。機内テーブル３００は揺りかご形状を成し、パレットＰを着脱可能に位置決めできるように構成されている。機内テーブル３００は主軸１２０に対して前後動、旋回動および揺動可能に構成され、その位置と姿勢を変えることによって、主軸１２０に取付けられる工具で機内テーブル３００上のワークＷに多様な加工を施すことができるようにしてある。

【0022】

本発明に係るパレット交換装置２００を適用する工作機械１００は５軸制御ＭＣであって、５軸制御を実現するために機内テーブル３００をトラニオン方式にしている。すなわち、機内テーブル３００上にパレットＰを位置決めした状態で、パレットＰを主軸１２０に対して前後動させたり、旋回させたり、揺動させたりすることができる。図３ＡのＡｘは揺動中心を示し、揺動中心Ａｘの回りに揺動角θの範囲内でワークＷと共にパレットＰを自由に揺動させることができる。

【0023】

トラニオン方式の機内テーブル３００は主軸１２０による加工時に揺動角θで揺動するので、図２Ａにおいて機内テーブル３００の移動領域Ｋの内側にフォーク２３０が進入すると機内テーブル３００と干渉する。そこで本発明ではパレット支持部材２２０をワーク加工時に領域Ｋの下側に退避させることにした。

【0024】

特許文献１の従来のパレット交換装置は、フォークを上方に屈曲可能に構成することで領域Ｋの干渉を回避する構成であったが、フォークを屈曲可能に構成することは機構的に複雑化してコストアップになる。また特許文献２の従来のパレット交換装置は左右分割型のフォークを左右に開くことで領域Ｋの干渉を回避する構成であったが、当該構成も機構的に複雑化してコストアップになる。またフォークの左右両側に開くためのスペースも必要となる。

【0025】

本発明のパレット交換装置２００は、パレット支持部材２２０の高さを低くするだけで領域Ｋの干渉を回避することができるので、機構的に複雑化することがなく低コストで実現可能であり、汎用性も確保できる。また設置スペースも少なくて済むので、パレット交換装置２００を含む工作機械全体の小型化を図ることができる。また、段取りステーションの高さが低くなることでワーク入れ替え作業の操作性も向上する。

【0026】

従来のパレット交換装置の昇降機構は、パレットを持ち上げて旋回させる高位置と、パレットを機内テーブルと段取りステーションに載置する低位置の２位置だけに昇降するため、昇降機構に油圧シリンダを使用するのが通常であった。しかし、本発明のパレット交換装置２００は、図２Ａの領域Ｋと高さ方向で干渉を回避するために、後述する少なくとも３つの高さ位置にパレット支持部材２２０ないしフォーク２３０を移動可能にする必要性から、昇降機構として油圧シリンダではなくサーボモータ２１３とボールねじ２１４を使用する。

【0027】

前述のように、サーボモータ２１３はステッピングモータ２１１と共に図２Ｃのモータ制御装置４００で制御されるが、本発明のパレット交換装置２００はパレット支持部材２２０の昇降移動量（昇降高さ）が従来のパレット交換装置よりも大きい。このため、サーボモータ２１３の追従感度を設定する加速度やサーボループゲインを、図７、図８で後述するように個々のワークの重量に応じて適切に制御することが、サイクルタイムを低減し、ハンチングやオーバーシュートを防止するためにいっそう重要である。

【0028】

（パレット脱着位置）
図５Ａ、図５Ｂは、主軸１２０から後退してパレット脱着位置に到着した機内テーブル３００を示す。このパレット脱着位置で図５Ａのようにパレット支持部材２２０を上昇することで、機内テーブル３００のパレットＰをフォーク２３０に移載する。また図５Ｂのようにパレット支持部材２２０を下降することで、フォーク２３０に支持したパレットＰを機内テーブル３００に移載する。

【0029】

（パレット交換装置の作動ステージ）
次に、パレット交換装置２００によるパレット交換方法の作動ステージ１～１３を図６Ａ～図６Ｃ、図７を参照して説明する。図６Ａ～図６Ｃの各図上部にある括弧付き数字（１）～（１３）と、図７の下部にある１から１３の丸囲い数字がステージ番号を表す。図７はフォーク２３０の高さ位置、荷重、速度を時間軸に沿って示す。図７のフォークの昇降速度（ｖ１，ｖ２）はｖ１＝低速（分速数ｍ）、ｖ２＝高速（分速数十ｍ）である。またフォークの荷重Ｌ１～Ｌ３は以下通りである。
Ｌ１：パレット支持部材２２０の荷重
Ｌ２：パレット支持部材２２０＋機外パレットＰ＋未加工ワークＷ１の荷重
Ｌ３：パレット支持部材２２０＋機外パレットＰ＋未加工ワークＷ１
＋機内パレットＰ＋加工済ワークＷ２の荷重

【0030】

図６Ａのステージ１では機内のワークＷ２（第２のワーク）が加工中であって、機外では未加工ワークＷ１（第１のワーク）を搭載したパレットＰが段取りステーションに置かれている。このステージ１で機内側のフォーク２３０がトラニオン方式の機内テーブル３００よりも下方に位置しているので、ワークＷ２の加工中に機内テーブル３００が揺動しても当該機内テーブル３００はフォーク２３０と干渉することがない。また未加工ワークＷ１がある段取りステーションでは、パレットＰの下側に１０ｍｍの隙間を開けてフォーク２３０が待機している。

【0031】

図６Ａのステージ２で、機内でワークＷ２を加工中に、サーボモータ２１３を駆動してパレット支持部材２２０を低速ｖ１で２３ｍｍ上昇させ（第１段階の上昇で第１の高さ）、当該２３ｍｍ上昇する間に未加工ワークＷ１を搭載したパレットＰをフォーク２３０に移載する。パレット支持部材２２０を低速ｖ１で上昇させるのは、パレットＰをフォーク２３０に移載する際の衝撃を少なくし、ワークＷ１の位置ズレを防止するためである。

【0032】

ステージ２からサーボモータ２１３を高速ｖ２で駆動してパレット支持部材２２０を４７０ｍｍの高さ（第２の高さ）に上昇させることでステージ３になる。このステージ３で機内側のフォーク２３０が機内テーブル３００の上端部を受け入れ可能になる。なお、図７のステージ２と３の間でパレット支持部材２２０を瞬間的に停止（速度ゼロ）しているが、停止することなく低速ｖ１から高速ｖ２に連続変化させることも可能である。

【0033】

次に、加工が終了したワークＷ２を載せたパレットＰを搭載した機内テーブル３００が矢印方向に後退してステージ４のようにパレット脱着位置に到着する。そしてステージ５でサーボモータ２１３を駆動してパレット支持部材２２０を低速ｖ１で２３ｍｍ上昇させ（第３の高さ）、ワークＷ２を載せたパレットＰを機内側フォーク２３０に移載する。低速ｖ１で上昇させるのは衝撃を少なくし位置ズレを防止するためである。

【0034】

次に、図６Ｂのステージ６で機内テーブル３００をパレット脱着位置から離間する方向（主軸側）に一時的に退避させ、その間にステージ７でギヤードモータ２１１（図２Ｂほか）を駆動して旋回部材２１０を１８０°旋回させ、パレット支持部材２２０を１８０°旋回させる。これにより、機内の加工済ワークＷ２と機外の未加工ワークＷ１が入れ替えられる。

【0035】

次に、機内テーブル３００を矢印方向に移動してステージ８のように元のパレット脱着位置に戻す。そしてステージ９でサーボモータ２１３を駆動してパレット支持部材２２０を低速ｖ１で４３ｍｍ下降させ（第２の高さ）、当該４３ｍｍ下降する間に未加工ワークＷ１を載せたパレットＰをフォーク２３０から機内テーブル３００に移載する。移載した後はパレットＰとフォーク２３０の間に１０ｍｍの隙間ができる。低速ｖ１で下降するのは機内テーブル３００に与える衝撃を少なくし、ワークＷ１の位置ズレを防止するためである。

【0036】

その後、機内テーブル３００を矢印方向（主軸側）に移動して未加工ワークＷ１を加工位置に移動する。ステージ１０からサーボモータ２１３を高速ｖ２で駆動してステージ１１のようにパレット支持部材２２０を下降させ（第１の高さ）、さらにステージ１２でパレット支持部材２２０を低速ｖ１で２３ｍｍ下降させ（定位置）、加工済ワークＷ２を載せたパレットＰを段取りステーションに移載する。

【0037】

低速ｖ１で下降させるのは段取りステーションのパレット旋回テーブル２０５に作用する衝撃を少なくするためである。なお、図７のステージ１１と１２の間でパレット支持部材２２０を瞬間的に停止（速度ゼロ）しているが、停止することなく高速ｖ２から低速ｖ１に連続変化させることも可能である。

【0038】

ステージ１３は、ギヤードモータ２１１とサーボモータ２１３が停止し、旋回部材２１０とパレット支持部材２２０が完全に停止した状態である。この完全停止状態で、加工済ワークＷ２が段取りステーションから搬出され、代わりに新たな未加工ワークを搭載したパレットが段取りステーションに搬入される。以上のステージを繰り返すことで、複数のワークが次々と加工される。

【0039】

なお、図７の高さ（ｍｍ）は一例であって、これら数値に限定されるものではないことは勿論である。すなわち、パレット支持部材２２０は第１の高さから第２の高さへ例えば３００ｍｍ～５００ｍｍ上昇させ、また第２の高さから第３の高さへ１０ｍｍ～５０ｍｍ上昇させてもよい。また、段取りステーションに定置された未加工ワークを搭載したパレットをフォークに移載するため、最低高さの定位置から第１の高さへ例えば１０ｍｍ～５０ｍｍ上昇させてもよい。

【0040】

（ワーク重量の検出）
本発明のワーク重量検出方法は、重量検出だけのためのパレット交換装置の特別な動作をいっさい必要とせず、したがって工作機械１００の加工時間（サイクルタイム）を延長することなくワーク重量（未加工ワークと加工済ワークのワーク重量）を検出する。すなわち、本発明のワーク重量検出はパレット交換装置２００の本来の動作を利用して行う。加工エリアにワークを搬入する際に、パレット交換は必ず行われるので、加工プログラムの実行前に所定の動作を行うことなく常に未加工ワークと加工済ワークの重量を検出することができる。

【0041】

通常のパレット交換装置は、機内側のパレット脱着位置と機外側の段取りステーションでフォークによってパレットを同時に持上げ、そのまま１８０度旋回することで機内と機外のパレットの交換を行う。したがって、パレット支持部材には未加工ワークと加工済ワークの２つのワークの重量が同時に作用する。このため、パレットを持ち上げるフォークに歪みゲージや圧電素子を取り付けて荷重計算したり、パレット支持部材を昇降する油圧シリンダの昇降速度や油圧を検出して荷重計算したりしても、いずれか一方のワークのみの重量は検出することができなかった。

【0042】

本発明のパレット交換装置２００は、前述したようにステージ２（図６Ａの（２））で未加工ワークＷ１を先にフォーク２３０で持ち上げ、その後ステージ５（図６Ａの（５））で加工済ワークＷ２をフォーク２３０で持ち上げる。したがって、ステージ２において、パレット支持部材２２０を昇降するサーボモータ２１３の回転速度や電流を検出することで、未加工ワークＷ１の重量を間接的に検出することができる。

【0043】

詳しくは、ステージ２の段取りステーションにおいて未加工ワークＷ１を載せたパレットＰを持上げた後、ステージ５のパレット脱着位置において加工済ワークＷ２を載せたパレットＰを持ち上げるまでの間に、サーボモータ２１３には段取りステーション側の未加工ワークＷ１の重量に比例したトルクTが生じている。このトルクTは以下の式１で表される。

【数1】

T：サーボモータのトルク， I：サーボモータの電流値
k：トルク定数． J：サーボモータとボールねじのイナーシャ
C_r：回転部の粘性， f_r：回転部の摩擦トルク
M：パレットとワークの質量， C_l：直動部の粘性
f_l：直動部の摩擦力， ω：角速度， v：パレットの速度
R＝p/2π：変換係数， p：ボールねじのピッチ

【0044】

パレットの上昇が一定速度の場合にはdω/dt＝０，dv/dt＝０であるのでトルクTは（式２）で表される。

【数2】

【0045】

また，パレットM_pのみが上昇する場合のトルクT_pと電流値I_pは（式３）で表される。

【数3】

【0046】

したがって、ワークの重量M_wは次式で表される。

【数4】

【0047】

予めパレットM_pのみが上昇する場合の電流値I_pをモータ制御装置４００のメモリなどに記憶しておけば、計測した電流値Iからワークの重量M_wを検出することができる。

【0048】

本発明によれば、加工時間（サイクルタイム）が延びることなく加工前のワークの重量を検出することができ、重量に応じてサーボ制御パラメータ（サーボループゲイン）の調整や加減速加速度を自動的に決定することができる。

【0049】

（フローチャート）
図８は、パレット交換装置の作動とワーク重量の検出を示すフローチャートである。スタートがステージ１である。このステージ１ではパレット支持部材２２０がパレットＰにまだ当たっておらず無負荷である。

【0050】

次にサーボモータ２１３をＯＮにするとサーボモータ２１３が低速で回転（緩回転）してステージ２になる。この緩回転のときのサーボモータ２１３の加速度やサーボループゲインは無負荷に対応した小さな値である。そしてステージ２でパレット支持部材２２０が定位置から第１の高さＨ₁に緩上昇し、未加工ワークＷ１を載せたパレットＰが段取りステーションからフォーク２３０に移載される。

【0051】

パレットＰがフォーク２３０に移載されるといったんサーボモータ２１３をＯＦＦにする。このとき、直近のサーボモータ２１３の電流値Ｉから未加工ワークＷ１の重量Ｍ₁をモータ制御装置４００で演算する。

【0052】

その後、重量Ｍ₁に対応してサーボモータ２１３の加速度やサーボループゲインを増大し、サーボモータ２１３を高速回転（急回転）してステージ３になる。このステージ３ではパレット支持部材２２０が第１の高さＨ₁から第２の高さＨ₂に重量Ｍ₁に対応した最大加速度で急上昇する。

【0053】

第２の高さＨ₂に到達した時点でサーボモータ２１３をＯＦＦにする。この状態でステージ４になり、加工済ワークＷ２を載せたパレットＰを支持する機内テーブル３００が加工位置から後退してパレット脱着位置に到着する。

【0054】

機内テーブル３００がパレット脱着位置に到着するとサーボモータ２１３を低速で回転（緩回転）してステージ５になる。このステージ５では、パレット支持部材２２０が第２の高さＨ₂から第３の高さＨ₃に緩上昇し（第２段階の上昇）、加工済ワークＷ２を載せたパレットＰが機内テーブル３００からフォーク２３０に移載される。

【0055】

パレット支持部材２２０が第３の高さＨ₃に上昇したときに、サーボモータ２１３の電流値Ｉから未加工ワークＷ１と加工済ワークＷ２の合計重量Ｍ₁₊₂をモータ制御装置４００で演算する。同時に、合計重量Ｍ₁₊₂－重量Ｍ₁の減算により加工済ワークＷ２の重量Ｍ₂を演算する。

【0056】

パレット支持部材２２０が第３の高さＨ₃に上昇してサーボモータ２１３をＯＦＦにした状態でステージ６になり、このステージ６で機内テーブル３００がパレット脱着位置から退避する。

【0057】

機内テーブル３００が退避するとステッピングモータ２１１をＯＮにしてステージ７になる。このステージ７で、パレット支持部材２２０が合計重量Ｍ₁₊₂に対応した最大加速度で１８０°旋回する。旋回時のステッピングモータ２１１の加速度やサーボループゲインは、合計重量Ｍ₁₊₂に対応して大きくする。

【0058】

その後、ステージ８で機内テーブル３００をパレット脱着位置に復帰させ、サーボモータ２１３をＯＮ（緩回転）にしてステージ９になる。このステージ９でパレット支持部材２２０が第３の高さＨ₃から第２の高さＨ₂に緩下降し、未加工ワークＷ１を載せたパレットＰがフォーク２３０から機内テーブル３００に移載される。

【0059】

未加工ワークＷ１を載せたパレットＰが機内テーブル３００に移載されるとサーボモータ２１３をＯＦＦにし、ステージ１０で機内テーブル３００がパレット脱着位置から加工位置へ移動する。

【0060】

その後、サーボモータ２１３をＯＮ（急回転）してステージ１１になり、パレット支持部材２２０が第２の高さＨ₂から第１の高さＨ₁に重量Ｍ₂に対応した最大加速度で急下降する。サーボモータ２１３の加速度やサーボループゲインは重量Ｍ₂に対応して大きくする。

【0061】

パレット支持部材２２０が第１の高さＨ₁に到達したらサーボモータ２１３をいったんＯＦＦにし、サーボモータ２１３を緩回転で再度ＯＮにしてステージ１２、１３になる。このステージ１２、１３ではパレット支持部材２２０が第１の高さＨ₁から定位置に緩下降し、
加工済ワークＷ２を載せたパレットＰがフォーク２３０から段取りステーションに移載される。

【0062】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。例えば前記実施形態では、検出したワーク重量に基づいてパレット支持部材２２０を昇降するサーボ機構の加速度やサーボループゲインを最適化したが、パレット交換装置の下流側でワークを積載して駆動する送り軸や回転テーブルなどの駆動系に使用するサーボ機構のパラメータや加減速加速度などを最適化してもよい。

【0063】

また、前記実施形態ではパレット支持部材２２０を、定位置、第１の高さ、第２の高さ、第３の高さに移動させたが、機外側のワーク搬入・搬出設備によって段取りステーションの定位置で待機しているフォーク２３０にワークを低速で直接移載可能に構成してもよく、その場合は第１の高さを省略してパレット支持部材２２０を定位置から第２の高さに直接移動可能にすればよい。この場合の昇降機構の高さ制御は、定位置、第２の高さ、第３の高さの３位置となる。また昇降機構としては、サーボモータ２１３とボールねじ２１４の組み合わせ以外であっても、複数高さに正確な昇降が可能であれば任意の昇降機構を採用可能である。

【符号の説明】

【0064】

１００：工作機械 １１０：機枠
１２０：主軸 １３０：操作パネル
２００：パレット交換装置 ２０１：フレーム体の下辺部
２０２：フレーム体の側辺部 ２０３：フレーム体の上辺部
２０４：パレット支持台 ２０５：パレット旋回テーブル
２０５ａ：突起部 ２０７：仕切部材
２１０：旋回部材 ２１０ａ：旋回軸
２１１：ギヤードモータ ２１２：カムボックス
２１３：サーボモータ ２１４：ボールねじ
２１５、２１６：支持金具 ２１７：案内レール
２２０：パレット支持部材 ２２１：ナット
２２２：被ガイド部 ２３０：フォーク
２３１：突起 ３００：機内テーブル
Ａｘ：揺動中心 ４００：モータ制御装置
Ｋ：移動領域 Ｗ１：未加工ワーク（第１のワーク）
Ｗ：ワーク Ｗ２：加工済ワーク（第２のワーク）
Ｐ：パレット θ：揺動角

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7】

【図8】