特許 7460383 取り出し装置のための制御システムおよび制御方法

(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】2024-03-25

(45)【発行日】2024-04-02

(54)【発明の名称】取り出し装置のための制御システムおよび制御方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 10/00 20060101AFI20240326BHJP

   B23K 26/38 20140101ALI20240326BHJP

   B23K 26/03 20060101ALI20240326BHJP

   B23Q 7/00 20060101ALI20240326BHJP

   B23Q 7/04 20060101ALI20240326BHJP

   B23Q 17/22 20060101ALI20240326BHJP

   B23Q 17/24 20060101ALI20240326BHJP

   B23Q 17/20 20060101ALI20240326BHJP

   B25J 13/08 20060101ALI20240326BHJP

【ＦＩ】

B23K10/00 501A

B23K26/38 A

B23K26/03

B23Q7/00 A

B23Q7/04 M

B23Q17/22 A

B23Q17/24 C

B23Q17/20 A

B25J13/08 A

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2020020545

(22)【出願日】2020-02-10

(65)【公開番号】P2021122857

(43)【公開日】2021-08-30

【審査請求日】2023-01-12

(73)【特許権者】

【識別番号】394019082

【氏名又は名称】コマツ産機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000202

【氏名又は名称】弁理士法人新樹グローバル・アイピー

(72)【発明者】

【氏名】桶谷 篤夫

(72)【発明者】

【氏名】中川 均

【審査官】山下 浩平

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１５－５２４３５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１６９５６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０８５２５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／００６６０３３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ １０／００

Ｂ２３Ｋ ２６／００ － ２６／７０

Ｂ２３Ｑ ７／００

Ｂ２３Ｑ ７／０４

Ｂ２３Ｑ １７／２２

Ｂ２３Ｑ １７／２４

Ｂ２３Ｑ １７／２０

Ｂ２５Ｊ １３／０８

Ｂ２６Ｄ ７／００ － １１／００Ｃ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱切断機によって切り落とされて支持部材に支持されたワークピースを、前記ワークピースが切り出された残材から取り出す取り出し装置のための制御システムであって、
前記残材の位置を示す残材データと、前記残材から落下した前記ワークピースの位置及び姿勢を示すワークデータとを出力するセンサと、
前記残材データと前記ワークデータとを受信するコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
前記残材データと前記ワークデータとに基づいて、複数の落下状態から、前記ワークピースの現在の落下状態を選択し、
前記ワークピースを上方へ移動させる第１動作パターンと、前記ワークピースの側面と前記残材の角部との接触点回りに前記ワークピースを回転させた後に上方へ移動させる第２動作パターンと、前記ワークピースを回転及び平行移動させた後に上方へ移動させる第３動作パターンとを含む複数の動作パターンから、前記ワークピースの現在の落下状態に応じた動作パターンを決定し、
決定した前記動作パターンにより、前記ワークピースを取り出すように前記取り出し装置を制御する、
制御システム。

【請求項2】

前記ワークデータは、前記ワークピースの傾斜角度と、前記残材からの落下距離とを含み、
前記コントローラは、前記ワークピースの前記傾斜角度と前記落下距離とに基づいて、前記ワークピースの現在の落下状態を判定する、
請求項１に記載の制御システム。

【請求項3】

前記ワークピースは、前記ワークピースの断面において、前記ワークピースの上面の一方の端に位置する第１上角と、前記ワークピースの上面の他方の端に位置する第２上角と、前記ワークピースの下面において前記第１上角の対角に位置する第１下角と、前記ワークピースの下面において前記第２上角の対角に位置する第２下角とを含み、
前記第１上角は、前記第２上角より下方に位置し、
前記第１下角は、前記第２下角より上方に位置し、
前記コントローラは、前記第１上角と前記第１下角と前記第２上角と前記第２下角との位置から、前記現在の落下状態を判定する、
請求項１又は２に記載の制御システム。

【請求項4】

前記複数の落下状態は、小落下状態を含み、
前記コントローラは、小落下の条件が満たされているときに、前記ワークピースが前記小落下状態であると判定し、
前記小落下の条件は、前記第１下角が、前記残材内に位置していることを含み、
前記ワークピースが前記小落下状態であるときには、前記取り出し装置によって前記ワークピースを上方へ移動させることで、前記ワークピースを前記残材から取り出す、
請求項３に記載の制御システム。

【請求項5】

前記複数の落下状態は、中落下状態を含み、
前記残材は、前記ワークピースが切り抜かれた孔の内側面の下端に位置する角部を含み、
前記コントローラは、
前記第１下角と前記第２下角との両方が前記残材の外に位置しており、前記ワークピースの側面が前記残材の角部と接触しており、且つ、前記第１上角が前記残材内に位置しているときには、前記ワークピースが前記中落下状態であると判定し、
前記ワークピースが前記中落下状態であるときには、前記取り出し装置によって、前記ワークピースの側面と前記残材の角部との接触点回りに前記ワークピースを回転させた後に、上方へ移動させることで、前記ワークピースを前記残材から取り出す、
請求項３又は４に記載の制御システム。

【請求項6】

前記複数の落下状態は、大落下状態を含み、
前記コントローラは、前記第１上角と前記第１下角と前記第２下角とが、前記残材の外に位置し、且つ、前記ワークピースを回転させたときに前記ワークピースの上面が水平になる前に前記残材に干渉するときには、前記ワークピースが前記大落下状態であると判定し、
前記コントローラは、前記ワークピースが前記大落下状態であるときには、前記ワークピースを回転させることと、前記ワークピースの上面に平行な方向に前記ワークピースを移動させることとを、順に実行するように前記取り出し装置を制御することで、前記ワークピースを上方へ移動可能な状態に遷移させる、
請求項３から５のいずれかに記載の制御システム。

【請求項7】

前記コントローラは、前記ワークピースが前記大落下状態であるときには、
前記ワークピースの上面が前記残材と接触するまで、前記ワークピースを回転させることを含む第１処理と、
前記ワークピースの側面が前記残材と接触するまで、前記ワークピースの上面に平行な方向に、前記ワークピースを移動させることを含む第２処理と、
所定条件が満たされるかを判定することを含み、前記所定条件は、前記ワークピースの側面と前記残材との接触点回りに前記ワークピースを回転させると、前記第１上角が前記残材内に移動可能なことである第３処理と、
前記所定条件が満たされるときには、前記第１上角が前記残材内に入るまで、前記接触点回りに前記ワークピースを回転させることを含む第４処理と、
前記ワークピースを上方へ移動させることで前記残材から取り出すことを含む第５処理と、
を順次、実行するように前記取り出し装置を制御する、
請求項６に記載の制御システム。

【請求項8】

前記コントローラは、前記所定条件が満たされないときには、
前記ワークピースが前記支持部材に接触するまで、前記ワークピースの側面に平行な方向に、前記ワークピースを下降させることを含む第６処理と、
前記ワークピースが前記支持部材に接触した状態で、前記所定条件が満たされるかを判定することを含む第７処理と、
前記所定条件が満たされるときには、前記第１上角が前記残材内に入るまで、前記接触点回りに前記ワークピースを回転させることを含む第８処理と、
前記ワークピースを上方へ移動させることで前記残材から取り出すことを含む第９処理と、
を順次、実行するように前記取り出し装置を制御する、
請求項７に記載の制御システム。

【請求項9】

前記コントローラは、前記第７処理において前記所定条件が満たされないときには、前記所定条件が満たされるまで、前記第１処理から前記第６処理を繰り返し実行するように前記取り出し装置を制御する、
請求項８に記載の制御システム。

【請求項10】

前記複数の落下状態は、全落下状態を含み、
前記コントローラは、前記ワークピースの上面が水平になるまで前記ワークピースを回転させても前記ワークピースが前記残材に干渉しないときには、前記ワークピースが前記全落下状態であると判定し、
前記ワークピースが前記全落下状態であるときには、前記取り出し装置によって、前記ワークピースの上面が水平になるように前記ワークピースを回転させ、且つ、前記ワークピースの位置を前記残材の孔の位置に合わせた後に、前記ワークピースを上方へ移動させることで、前記ワークピースを前記残材から取り出す、
請求項３から９のいずれかに記載の制御システム。

【請求項11】

前記センサは、
前記残材データを出力する第１センサと、
前記ワークデータを出力する第２センサと、
を含む、
請求項１から１０のいずれかに記載の制御システム。

【請求項12】

熱切断機によって切り落とされて支持部材に支持されたワークピースを、前記ワークピースが切り出された残材から取り出す取り出し装置のための制御方法であって、
前記残材の位置を示す残材データを取得することと、
前記残材から落下した前記ワークピースの位置及び姿勢を示すワークデータを取得することと、
前記残材データと前記ワークデータとに基づいて、複数の落下状態から、前記ワークピースの現在の落下状態を選択することと、
前記ワークピースを上方へ移動させる第１動作パターンと、前記ワークピースの側面と前記残材の角部との接触点回りに前記ワークピースを回転させた後に上方へ移動させる第２動作パターンと、前記ワークピースを回転及び平行移動させた後に上方へ移動させる第３動作パターンとを含む複数の動作パターンから、前記ワークピースの現在の落下状態に応じた動作パターンを決定することと、
決定した前記動作パターンにより、前記ワークピースを取り出すように前記取り出し装置を制御すること、
を備える制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱切断機によって切り落とされて支持部材によって支持されたワークピースを残材から取り出す取り出し装置のための制御システムおよび制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

熱切断機は、熱によって、金属板などの原材から、所望の形状のワークピースを切り出す。原材の下方には、複数の支持部材が配置されている。例えば特許文献１に示されているように、複数の支持部材は、板状の形状を有しており、互いに間隔を置いて配置されている。熱切断機によって切断されたワークピースは、支持部材上に落下して、支持部材に支持される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開公報ＷＯ２０１４－１１５４４８

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来、支持部材からのワークピースの取り出しは、マグネット或いは吸着パッドを用いて、人による手作業で行われている。このようなワークピースの取り出しを、ロボットアームなどの取り出し装置によって自動化することが望まれている。しかし、切り落とされたワークピースの上方には、ワークピースが切り抜かれた後の残材が位置している。従って、ワークピースの取り出し時に、残材がワークピースに干渉し易い。そのため、取り出し装置によって、自動的に効率よくワークピースを取り出すことは困難である。

【0005】

また、支持部材は、高温のワークピースと接触するため、使用に応じて損耗する。従って、当初は水平であった支持部材の上面には、使用に応じて凹凸が生じる。そのため、ワークピースは、傾いた姿勢で支持部材に支持されることがある。また、ワークピースの傾きは、一定ではなく、支持部材によって支持される位置、或いは、支持部材の損耗に応じて変化する。そのため、取り出し装置によって、自動的に効率よくワークピースを取り出すことは、さらに困難である。

【0006】

本開示の課題は、熱切断機によって切り落とされたワークピースを、自動化によって効率よく残材から取り出すことにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一態様に係る制御システムは、取り出し装置のための制御システムである。取り出し装置は、熱切断機によって切り落とされて支持部材に支持されたワークピースを、ワークピースが切り出された残材から取り出す。制御システムは、第１センサと、第２センサと、コントローラとを備える。第１センサは、残材の位置を示す残材データを出力する。第２センサは、残材から落下したワークピースの位置及び姿勢を示すワークデータを出力する。コントローラは、残材データとワークデータとを受信する。コントローラは、残材データとワークデータとに基づいて、ワークピースの現在の落下状態を判定する。コントローラは、ワークピースの現在の落下状態に応じて、ワークピースを取り出すように取り出し装置を制御する。

【0008】

本開示の他の態様に係る制御方法は、取り出し装置のための制御方法である。取り出し装置は、熱切断機によって切り落とされて支持部材によって支持されたワークピースを、ワークピースが切り出された残材から取り出す。本態様に係る制御方法は、残材の位置を示す残材データを取得することと、残材から落下したワークピースの位置及び姿勢を示すワークデータを取得することと、残材データとワークデータとに基づいて、ワークピースの現在の落下状態を判定することと、ワークピースの現在の落下状態に応じて、ワークピースを取り出すように取り出し装置を制御すること、を備える。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、ワークピースの位置及び姿勢と、残材の位置とに基づいて、ワークピースの現在の落下状態が判定される。そのため、残材による干渉を避けて、取り出し装置によって自動的に効率よくワークピースを取り出すことができる。また、支持部材の損耗によって、ワークピースの姿勢が変化しても、取り出し装置によって自動的に効率よくワークピースを取り出すことができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態に係る熱切断機の構成を示す図である。

【図2】テーブルの上面図である。

【図3】支持部材の拡大図である。

【図4】本実施形態に係る取り出し装置と、その制御システムの構成を示す平面図である。

【図5】取り出し装置の側面図である。

【図6】ワークピースと残材との上面図である。

【図7】図６におけるＡ－Ａ断面図である。

【図8】図６におけるＡ－Ａ断面図である。

【図9】取り出し装置によってワークピースを自動的に取り出すための処理を示すフローチャートである。

【図10】落下状態と動作パターンとを決定するための処理を示すフローチャートである。

【図11】小落下状態のワークピースを示す図である。

【図12】小落下と中落下との間の境界状態でのワークピースを示す図である。

【図13】小落下状態での動作パターンを示す図である。

【図14】中落下状態のワークピースを示す図である。

【図15】中落下と大落下との間の境界状態でのワークピースを示す図である。

【図16】中落下状態での動作パターンを示す図である。

【図17】中落下状態での動作パターンを示す図である。

【図18】大落下状態のワークピースを示す図である。

【図19】大落下と全落下との間の境界状態でのワークピースを示す図である。

【図20】大落下状態での動作パターンを示す図である。

【図21】大落下状態での動作パターンを示す図である。

【図22】大落下状態での動作パターンを示す図である。

【図23】大落下状態での動作パターンを示す図である。

【図24】大落下状態での動作パターンを示す図である。

【図25】全落下状態のワークピースを示す図である。

【図26】全落下状態での動作パターンを示す図である。

【図27】全落下状態での動作パターンを示す図である。

【図28】全落下状態での動作パターンを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図１は、実施形態に係る熱切断機の構成を示す図である。本実施形態において、熱切断機１は、プラズマ切断機である。図１に示すように、熱切断機１は、テーブル２と、トーチ３と、移動装置４と、切断コントローラ５とを備える。テーブル２には、原材Ｍ０が載置される。原材Ｍ０は、金属板などの板状の材料である。トーチ３は、図示しない電源回路、及び、ガス供給装置に接続されている。トーチ３は、プラズマアークを噴出して、熱によって原材Ｍ０を切断する。

【0012】

移動装置４は、トーチ３をテーブル２上で移動させる。詳細には、移動装置４は、トーチ３を原材Ｍ０に対してＸ（縦），Ｙ（横）及びＺ（高さ）方向に移動させる。移動装置４は、第１キャリッジ１１と、第２キャリッジ１２と、アーム１３とを有する。第１キャリッジ１１は、テーブル２の側方においてＸ方向に往復移動する。アーム１３は、第１キャリッジ１１からＹ方向に平行に、テーブル２の上方へ延びるように配置されている。第２キャリッジ１２は、トーチ３をＺ方向へ往復移動可能に支持する。第２キャリッジ１２は、アーム１３上をＹ方向に往復移動する。

【0013】

切断コントローラ５は、トーチ３からのプラズマアークの噴出と、第１キャリッジ１１および第２キャリッジ１２によるトーチ３の移動とを制御する。それにより、切断コントローラ５は、原材Ｍ０から所望の形状のワークピースＭ１を切り出すように、熱切断機１を制御する。切断コントローラ５は、CPUなどのプロセッサと、RAMおよびROMなどのメモリとを備える。

【0014】

切断コントローラ５は、後述する設計コントローラ６と通信する。設計コントローラ６は、CPUなどのプロセッサと、RAMおよびROMなどのメモリとを備える。設計コントローラ６には、原材Ｍ０の形状およびワークピースＭ１の目標形状を含む設計データが入力される。切断コントローラ５は、設計コントローラ６から、設計データを取得する。切断コントローラ５は、設計データに従って、原材Ｍ０からワークピースＭ１を切り出すように、熱切断機１を制御する。

【0015】

図２は、テーブル２の上面図である。図２に示すように、熱切断機１は、複数の支持部材１４を備えている。支持部材１４は、原材Ｍ０の下方に配置される。支持部材１４は、板状の形状を有している。支持部材１４は、互いに間隔を置いて配置されている。図３は、支持部材１４の拡大図である。なお、図２および図３では、支持部材１４の一部のみに符号１４を付しており、他の支持部材１４の符号は省略されている。

【0016】

図３に示すように、支持部材１４の上面は、凹凸を有している。例えば、支持部材１４の上面は、鋸刃状、或いは剣山状の形状を有している。支持部材１４は、鉄などの金属材料で形成されている。原材Ｍ０から切り出されたワークピースＭ１は、支持部材１４上に落下して、支持部材１４によって支持される。

【0017】

図４は、本実施形態に係る取り出し装置７と、その制御システム８の構成を示す平面図である。図５は、取り出し装置７の側面図である。取り出し装置７は、支持部材１４上のワークピースＭ１を、ワークピースＭ１が切り出された残材Ｍ２から取り出す装置である。本実施形態において、取り出し装置７は、ロボットアーム２１と、ロボットコントローラ２２とを含む。図５に示すように、ロボットアーム２１は、複数のリンク２３ａ－２３ｄと、複数のジョイント２４ａ－２４ｃと、保持装置２５とを含む。複数のリンク２３ａ－２３ｄは、複数のジョイント２４ａ－２４ｃを介して、互いに回転可能に接続されている。保持装置２５は、先端のリンク２３ａに取り付けられている。保持装置２５は、回転軸Ａ１回りに回転可能である。保持装置２５は、保持力のオンとオフとを切り替えることで、ワークピースＭ１の保持と解放とを切り替える。保持装置２５は、例えばマグネット、或いは真空パッドを含む。

【0018】

ロボットコントローラ２２は、ロボットアーム２１を制御する。ロボットコントローラ２２は、CPUなどのプロセッサと、RAMおよびROMなどのメモリとを備える。ロボットアーム２１は図示しない複数のモータを含む。ロボットコントローラ２２は、モータを制御することで、ロボットアーム２１を動作させる。ロボットコントローラ２２は、保持装置２５の移動と、保持装置２５によるワークピースＭ１の保持と解放とを制御する。図４に示すように、ロボットアーム２１の周囲には、製品パレット１５が配置されている。ロボットコントローラ２２は、ロボットアーム２１を動作させて、取り出したワークピースＭ１を製品パレット１５上に配置する。

【0019】

制御システム８は、ワークピースＭ１を残材Ｍ２から取り出すように、取り出し装置７を制御する。図６は、切断後のワークピースＭ１と残材Ｍ２との上面図である。図７および図８は、図６におけるＡ－Ａ断面図である。図７は、切断中のワークピースＭ１と残材Ｍ２との断面を示す。図８は、切断後のワークピースＭ１および残材Ｍ２の断面を示す。切断後のワークピースＭ１は、水平方向に対して傾斜して落下した状態である。以下の説明において、ワークピースＭ１および残材Ｍ２の断面は、鉛直方向に平行である。なお、図６では、複数の支持部材１４のうち１つのみが図示されており、他の支持部材１４は省略されている。

【0020】

図７に示すように、ワークピースＭ１の切断中に原材Ｍ０の一部が溶融することで、ワークピースＭ１と残材Ｍ２との間に隙間Ｇ１，Ｇ２が形成される。そのため、図８に示すように、原材Ｍ０から切り出されたワークピースＭ１は、支持部材１４上に落下して、支持部材１４に支持されるが、ワークピースＭ１は、傾いた状態で支持されることがある。

【0021】

制御システム８は、第１センサ２６と、第２センサ２７と、負荷センサ２８と、取り出しコントローラ２９とを含む。第１センサ２６は、残材Ｍ２の位置と寸法とを検出する。第１センサ２６は、残材Ｍ２の位置と寸法とを示す残材データを出力する。第１センサ２６は、例えばカメラを含む。第１センサ２６は、画像解析によって、残材Ｍ２の位置と寸法とを検出する。第１センサ２６は、距離センサを含んでもよい。距離センサは、光学式、或いは超音波式のセンサであってもよい。

【0022】

第２センサ２７は、残材Ｍ２から落下したワークピースＭ１の位置と、寸法と、姿勢とを検出する。第２センサ２７は、ワークピースＭ１の位置と、寸法と、姿勢とを示すワークデータを出力する。第２センサ２７は、例えば距離センサを含む。距離センサは、光学式、或いは超音波式のセンサである。第２センサ２７は、カメラを含んでもよい。第２センサ２７は、画像解析によって、ワークピースＭ１の位置と、寸法と、姿勢とを検出してもよい。或いは、第２センサ２７は、LIDAR（Light Detection and Ranging）装置を含んでもよい。

【0023】

負荷センサ２８は、ワークピースＭ１を介して取り出し装置７に伝わる負荷を検出する。負荷センサ２８は、ワークピースＭ１を介して取り出し装置７に伝わる負荷を示す信号を出力する。負荷センサ２８は、例えば歪ゲージを含んでもよい。或いは、負荷センサ２８は、磁歪式、或いは静電容量式などの他の方式のセンサを含んでもよい。

【0024】

第１センサ２６と、第２センサ２７と、負荷センサ２８とは、ロボットアーム２１に取り付けられる。第１センサ２６と、第２センサ２７と、負荷センサ２８とは、ロボットアーム２１とともに移動する。或いは、第１センサ２６と第２センサ２７との少なくとも１つは、テーブル２の周囲に固定的に配置されてもよい。

【0025】

取り出しコントローラ２９は、ロボットコントローラ２２と通信を行う。取り出しコントローラ２９は、設計コントローラ６と通信を行う。取り出しコントローラ２９は、第１センサ２６、第２センサ２７、および負荷センサ２８と通信を行う。取り出しコントローラ２９は、残材データとワークデータとを受信する。取り出しコントローラ２９は、残材データとワークデータとに基づいて、取り出し装置７の動作を決定する。取り出しコントローラ２９は、CPUなどのプロセッサ４０と、RAMおよびROMなどのメモリ４１とを備える。取り出しコントローラ２９は、記憶されたプログラムに従って、取り出し装置７の動作を判定するための処理を実行する。以下、取り出し装置７によってワークピースＭ１を自動的に取り出すための処理について説明する。

【0026】

図９は、取り出し装置７によってワークピースＭ１を自動的に取り出すための処理を示すフローチャートである。ステップＳ１０１では、取り出しコントローラ２９は、設計データを取得する。取り出しコントローラ２９は、設計コントローラ６から設計データを取得する。

【0027】

図７に示すように、設計データは、残材Ｍ２の板厚ｔと、カーフ幅Ｃと、ワーク幅Ｗとを含む。カーフ幅Ｃは、ワークピースＭ１と残材Ｍ２との間の隙間Ｇ１，Ｇ２の幅である。ワーク幅Ｗは、ワークピースＭ１の断面における水平方向のワークピースＭ１の寸法である。

【0028】

ステップＳ１０２では、取り出しコントローラ２９は、残材データを取得する。上述したように、取り出しコントローラ２９は、第１センサ２６から残材データを受信する。取り出しコントローラ２９は、残材データから、残材Ｍ２の位置および寸法を取得する。図８に示すように、残材Ｍ２には、原材Ｍ０からワークピースＭ１が切り出されることで、ワークピースＭ１の形状に沿った孔Ｍ３が形成される。残材データは、残材Ｍ２の孔Ｍ３の幅Ｌと位置とを含む。或いは、取り出しコントローラ２９は、設計データのカーフ幅Ｃとワーク幅Ｗとから孔Ｍ３の幅Ｌを取得してもよい。

【0029】

ステップＳ１０３では、取り出しコントローラ２９は、ワークデータを取得する。上述したように、取り出しコントローラ２９は、第２センサ２７からワークデータを受信する。図８に示すように、取り出しコントローラ２９は、ワークデータから、支持部材１４上のワークピースＭ１の傾斜角度θと、残材Ｍ２に対する高さｈとを取得する。

【0030】

ワークピースＭ１の傾斜角度θは、水平方向に対する、ワークピースＭ１の上面の角度である。高さｈは、残材Ｍ２上の原点Ｐ０に対する鉛直方向の位置を示す。原点Ｐ０は、残材Ｍ２の上面に位置している。原点Ｐ０は、孔Ｍ３の内側面の上端に位置している。高さｈは、原点Ｐ０より下方の位置では負の値であり、下方に行くほど小さくなる。高さｈの絶対値は、ワークピースＭ１の落下距離に相当する。原点Ｐ０より下方の位置において、ワークピースＭ１の高さが低いほど、落下距離は大きい。

【0031】

取り出しコントローラ２９は、ワークデータから、ワークピースＭ１の断面の複数の角３１－３４の位置を取得する。複数の角３１－３４は、第１上角３１と、第２上角３２と、第１下角３３と、第２下角３４とを含む。第１上角３１は、ワークピースＭ１の上面の一方の端に位置する。第２上角３２は、ワークピースＭ１の上面の他方の端に位置する。第１上角３１は、ワークピースＭ１の上面の一対の角のうち下方に位置するものと定義される。

【0032】

第１下角３３は、ワークピースＭ１の下面において第１上角３１の対角に位置する。第２下角３４は、ワークピースＭ１の下面において第２上角３２の対角に位置する。第１下角３３は、ワークピースＭ１の下面の一対の角のうち上方に位置するものと定義される。

【0033】

残材Ｍ２の断面において、残材Ｍ２は、第１角部４２と第２角部４３とを含む。第１角部４２と第２角部４３とは、残材Ｍ２の下面と孔Ｍ３の内側面との間の角である。第１角部４２は、残材Ｍ２の下面と孔Ｍ３の内側面との間の角のうち、第１下角３３に近い方である。第２角部４３は、残材Ｍ２の下面と孔Ｍ３の内側面との間の角のうち、第２下角３４に近い方である。取り出しコントローラ２９は、ワークデータから、第１角部４２と第２角部４３との位置を取得する。

【0034】

ステップＳ１０４では、取り出しコントローラ２９は、参照断面Ａ－Ａを決定する。図６に示すように、取り出しコントローラ２９は、鉛直方向に平行、且つ、支持部材１４に垂直なワークピースＭ１の断面のうち、水平方向に対する最大の傾斜角度θを有する断面Ｂ－Ｂを決定する。取り出しコントローラ２９は、断面Ｂ－Ｂに平行で、断面の幅寸法が最大になる断面を、参照断面Ａ－Ａとして決定する。

【0035】

ステップＳ１０５では、コントローラは、ワークピースＭ１の現在の落下状態を判定する。取り出しコントローラ２９は、参照断面Ａ－ＡにおけるワークピースＭ１の傾斜角度θと高さｈとに基づいて、ワークピースＭ１の現在の落下状態を判定する。落下状態の判定方法については後述する。

【0036】

ステップＳ１０６では、取り出しコントローラ２９は、落下状態に応じたワークピースＭ１の動作パターンを決定する。ステップＳ１０７では、取り出しコントローラ２９は、動作パターンデータをロボットコントローラ２２に出力する。動作パターンデータは、ステップＳ１０６で決定された動作パターンを示す。ロボットコントローラ２２は、動作パターンデータに従って、保持装置２５を移動させる。従って、ロボットコントローラ２２は、ワークピースＭ１の現在の落下状態に応じて、ワークピースＭ１を取り出すように取り出し装置７を制御する。

【0037】

図１０は、落下状態と動作パターンとを決定するための処理を示すフローチャートである。図１０に示すように、取り出しコントローラ２９は、複数の落下状態から現在の落下状態を判定する。複数の落下状態は、小落下、中落下、大落下、および全落下を含む。取り出しコントローラ２９は、ワークピースＭ１の高さｈと傾斜角度θとから、現在の落下状態が、小落下、中落下、大落下、および全落下とのいずれであるかを決定する。

【0038】

ステップＳ２０１では、取り出しコントローラ２９は、現在の落下状態が小落下であるかを判定する。図１１は、小落下状態のワークピースＭ１を示す図である。取り出しコントローラ２９は、小落下の条件が満たされているときに、現在の落下状態が小落下であると判定する。小落下の条件は、第１下角３３が、残材Ｍ２内に位置していることを示す。詳細には、小落下の条件は以下の式（１）（２）を共に満たすことである。

式（１）に示すように、小落下の条件は、ワークピースＭ１の高さｈが第１高さＨ１より高いことを含む。また、式（２）に示すように、小落下の条件は、ワークピースＭ１の傾斜角度θが、０以上、且つ、第１角度θ１より小さいことを含む。

【0039】

図１２は、小・中境界状態でのワークピースＭ１を示す図である。小・中境界状態は、小落下と中落下との間の境界状態である。図１２に示すように、第１高さＨ１は、小・中境界状態でのワークピースＭ１の高さｈである。θ１は、小・中境界状態でのワークピースＭ１の傾斜角度θである。

【0040】

小・中境界状態では、第１上角３１が残材Ｍ２内で孔Ｍ３の内側面に接触しており、且つ、第１下角３３が残材Ｍ２の第１角部４２に接触している。

【0041】

現在の落下状態が小落下であるときには、処理はステップＳ２０２に進む。ステップＳ２０２では、取り出しコントローラ２９は、第１動作パターンをワークピースＭ１の動作パターンとして決定する。図１３に示すように、第１動作パターンは、ワークピースＭ１の真上への移動を示す。

【0042】

取り出し装置７は、第１動作パターンに従って、ワークピースＭ１を真上に移動させる。詳細には、取り出し装置７は、保持装置２５をワークピースＭ１のツールポイントＴ１へ移動させる。ツールポイントＴ１は、ワークピースＭ１の上面において、ワークピースＭ１の重心に対応する位置である。なお、取り出しコントローラ２９は、残材データとワークデータとから、保持装置２５のツールポイントＴ１までの経路を算出する。或いは、ロボットコントローラ２２が、保持装置２５のツールポイントＴ１までの経路を算出してもよい。

【0043】

取り出し装置７は、保持装置２５によって、ツールポイントＴ１において、ワークピースＭ１を保持する。取り出し装置７は、保持装置２５を上方に移動させる。それにより、ワークピースＭ１が残材Ｍ２から上方に取り出される。そして、取り出し装置７は、ワークピースＭ１を製品パレット１５に移動させ、製品パレット１５上にワークピースＭ１を配置する。

【0044】

現在の落下状態が小落下ではないときには、処理はステップＳ２０３に進む。ステップＳ２０３では、取り出しコントローラ２９は、現在の落下状態が中落下であるかを判定する。図１４は、中落下状態のワークピースＭ１を示す図である。取り出しコントローラ２９は、中落下の条件が満たされているときに、現在の落下状態が中落下であると判定する。中落下の条件は、第１下角３３と第２下角３４との両方が残材Ｍ２の外に位置しており、ワークピースＭ１の側面が残材Ｍ２の第１角部４２と接触し、且つ、第１上角３１が残材Ｍ２内で孔Ｍ３の内側面に接触していることを示す。詳細には、中落下の条件は以下の式（３）（４）を共に満たすことである。

式（３）に示すように、中落下の条件は、ワークピースＭ１の高さｈが、第１高さＨ１以下、且つ、第２高さＨ２より高いことを含む。また、式（４）に示すように、中落下の条件は、ワークピースＭ１の傾斜角度θが、第１角度θ１以上、且つ、第２角度θ２より小さいことを含む。

【0045】

図１５は、中・大境界状態でのワークピースＭ１を示す図である。中・大境界状態は、中落下と大落下との間の境界状態である。図１５に示すように、第２高さＨ２は、中・大境界状態での高さｈである。第２角度θ２は、中・大境界状態での傾斜角度θである。中・大境界状態では、第１下角３３と第２下角３４との両方が残材Ｍ２の孔Ｍ３の外に位置しており、ワークピースＭ１の側面が、残材Ｍ２の第１角部４２と接触し、且つ、第１上角３１が、残材Ｍ２の第２角部４３に接触している。

【0046】

現在の落下状態が中落下であるときには、処理はステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０４では、取り出しコントローラ２９は、第２動作パターンをワークピースＭ１の動作パターンとして決定する。図１６および図１７に示すように、第２動作パターンは、ワークピースＭ１の接触点Ｐ１回りの回転と、真上への移動とを含む。接触点Ｐ１は、中落下状態においてワークピースＭ１の側面が残材Ｍ２の第１角部４２と接触している部分である。

【0047】

取り出し装置７は、第２動作パターンに従って、ワークピースＭ１を移動させる。詳細には、図１６に示すように、取り出し装置７は、ワークピースＭ１の上面が水平になるように、接触点Ｐ１回りにワークピースＭ１を回転させる。その後、図１７に示すように、取り出し装置７は、ワークピースＭ１を真上へ移動させることで、ワークピースＭ１を残材Ｍ２から取り出す。他の動作については、小落下状態での第1動作パターンと同様である。

【0048】

現在の落下状態が中落下ではないときには、処理はステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０５では、取り出しコントローラ２９は、現在の落下状態が大落下であるかを判定する。図１８は、大落下状態のワークピースＭ１を示す図である。取り出しコントローラ２９は、大落下の条件が満たされているときに現在の落下状態が大落下であると判定する。大落下の条件は、第１上角３１と第１下角３３と第２下角３４とが、残材Ｍ２の孔Ｍ３の外に位置し、且つ、ワークピースＭ１を第１下角３３回りに回転させたときにワークピースＭ１の上面が水平になる前に残材Ｍ２に干渉することを示す。詳細には、大落下の条件は以下の式（５）（６）を共に満たすことである。

式（５）に示すように、大落下の条件は、ワークピースＭ１の高さｈが、第２高さＨ２以下、且つ、第３高さＨ３より高いことを含む。また、式（６）に示すように、大落下の条件は、ワークピースＭ１の傾斜角度θが、第２角度θ２以上、且つ、９０度より小さいことを含む。

【0049】

図１９は、大・全境界状態でのワークピースＭ１を示す図である。大・全境界状態は、大落下と全落下との間の境界状態である。図１９に示すように、第３高さＨ３は、大・全境界状態でのワークピースＭ１の高さｈである。大・全境界状態では、第１下角３３回りにワークピースＭ１を回転させたときに、ワークピースＭ１の上面が水平で残材Ｍ２の下面に接触する。

【0050】

現在の落下状態が大落下であるときには、処理はステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０６では、取り出しコントローラ２９は、第３動作パターンをワークピースＭ１の動作パターンとして決定する。図２０から図２３に示すように、第３動作パターンは、ワークピースＭ１の回転と、ワークピースＭ１の上面に平行な方向への平行移動と、真上への移動とを含む。

【0051】

取り出し装置７は、第３動作パターンに従って、ワークピースＭ１を移動させる。取り出しコントローラ２９は、ワークピースＭ１の回転と平行移動とを順に実行することで、ワークピースＭ１を上方へ移動可能な状態に遷移させる。詳細には、取り出しコントローラ２９は、ワークピースＭ１が大落下状態であるときには、以下の処理を順次、実行する。なお、第３動作パターンでは、図２４に示すように、平面視でワークピースＭ１の側面と残材Ｍ２の孔Ｍ３の内側面とが平行であるものとする。

【0052】

まず、図２０に示すように、取り出しコントローラ２９は、ワークピースＭ１の上面が残材Ｍ２と接触するまで、第１下角３３回りに、ワークピースＭ１を回転させる（第１処理）。

【0053】

次に、図２１に示すように、取り出しコントローラ２９は、ワークピースＭ１の側面が残材Ｍ２と接触するまで、ワークピースＭ１の上面に平行な方向に、ワークピースＭ１を平行移動させる（第２処理）。取り出しコントローラ２９は、ワークピースＭ１の側面が、残材Ｍ２の第１角部４２に接触するまで、ワークピースＭ１を平行移動させる。

【0054】

次に、取り出しコントローラ２９は、所定条件が満たされるかを判定する（第３処理）。所定条件は、接触点Ｐ１回りにワークピースＭ１を回転させると、第１上角３１が残材Ｍ２の孔Ｍ３内に移動可能なことを示す。詳細には、所定条件は、以下の式（７）を満たすことである。

図２１に示すように、ｔ３は、ワークピースＭ１の頂点（第２上角３２）と接触点Ｐ１との間の距離である。図１５に示すように、Ｔ２は、中・大境界状態でのワークピースＭ１の頂点（第２上角３２）と接触点Ｐ１との間の距離である。

【0055】

取り出しコントローラ２９は、所定条件が満たされるときには、図１６と同様に、ワークピースＭ１の上面が水平になるまで、接触点Ｐ１回りにワークピースＭ１を回転させる（第４処理）。そして、取り出し装置７は、図１７と同様に、ワークピースＭ１を真上へ移動させることで、ワークピースＭ１を残材Ｍ２から取り出す（第５処理）。他の動作は、小落下での第１動作パターンと同様である。

【0056】

上記の所定条件が満たされないときには、図２２に示すように、ワークピースＭ１は、残材Ｍ２の下面と干渉しており、接触点Ｐ１回りにワークピースＭ１を回転させることができない。この場合、取り出しコントローラ２９は、以下の処理を順次、実行する。

【0057】

図２３に示すように、取り出しコントローラ２９は、ワークピースＭ１が支持部材１４に接触するまで、ワークピースＭ１の側面に平行な方向に、ワークピースＭ１を下降させる（第６処理）。取り出しコントローラ２９は、負荷センサ２８からの信号により、ワークピースＭ１の支持部材１４との接触を判定する。

【0058】

取り出しコントローラ２９は、ワークピースＭ１が支持部材１４に接触した状態で、上記の所定条件が満たされるかを判定する（第７処理）。所定条件が満たされるときには、取り出しコントローラ２９は、図１６と同様に、ワークピースＭ１の上面が水平になるまで、接触点Ｐ１回りにワークピースＭ１を回転させる（第８処理）。そして、取り出し装置７は、図１７と同様に、ワークピースＭ１を真上へ移動させることで、ワークピースＭ１を残材Ｍ２から取り出す（第９処理）。他の動作は、小落下での第１動作パターンと同様である。なお、第７処理において所定条件が満たされないときには、取り出しコントローラ２９は、所定条件が満たされるまで、第１処理から第６処理を繰り返し実行する。

【0059】

現在の落下状態が大落下ではないときには、処理はステップＳ２０７に進む。ステップＳ２０７では、取り出しコントローラ２９は、現在の落下状態が全落下であるかを判定する。図２５は、全落下状態のワークピースＭ１を示す図である。取り出しコントローラ２９は、全落下の条件が満たされているときに現在の落下状態が全落下であると判定する。全落下の条件は、ワークピースＭ１の上面が水平になるまでワークピースＭ１を回転させても、ワークピースＭ１が残材Ｍ２に干渉しないことを示す。詳細には、全落下の条件は以下の式（８）（９）を共に満たすことである。

式（８）に示すように、全落下の条件は、ワークピースＭ１の高さが、第３高さＨ３以下であることを含む。また、式（９）に示すように、全落下の条件は、ワークピースＭ１の傾斜角度θが、０度以上、且つ、９０度より小さいことを含む。

【0060】

現在の落下状態が全落下であるときには、処理はステップＳ２０８に進む。ステップＳ２０８では、取り出しコントローラ２９は、第４動作パターンをワークピースＭ１の動作パターンとして決定する。図２６から図２８に示すように、第４動作パターンは、ワークピースＭ１の回転と、ワークピースＭ１の水平方向への移動と、真上への移動とを含む。

【0061】

取り出し装置７は、第４動作パターンに従って、ワークピースＭ１を移動させる。詳細には、図２６に示すように、取り出しコントローラ２９は、ワークピースＭ１の上面が水平になるように、第１下角３３回りに、ワークピースＭ１を回転させる。次に、取り出しコントローラ２９は、ワークピースＭ１の位置を残材Ｍ２の孔Ｍ３の位置に合わせる。図２７に示すように、取り出しコントローラ２９は、平面視でワークピースＭ１と残材Ｍ２の孔Ｍ３とが平行になるように、ワークピースＭ１の中心線Ｐ２回りにワークピースＭ１を回転させる。中心線Ｐ２は、鉛直方向に延びている。

【0062】

また、図２８に示すように、取り出しコントローラ２９は、平面視でワークピースＭ１が残材Ｍ２の孔Ｍ３内に入るように、ワークピースＭ１を水平方向に移動させる。そして、取り出しコントローラ２９は、ワークピースＭ１を上方へ移動させることで、ワークピースＭ１を残材Ｍ２から取り出す。他の動作は、小落下での第１動作パターンと同様である。

【0063】

以上説明した本実施形態に係る取り出し装置７の制御システム８では、取り出しコントローラ２９は、ワークピースＭ１の位置及び姿勢と、残材Ｍ２の位置とに基づいて、ワークピースＭ１の現在の落下状態を判定する。そのため、残材Ｍ２による干渉を避けて、取り出し装置７によって自動的に効率よくワークピースＭ１を取り出すことができる。また、支持部材１４の損耗によって、ワークピースＭ１の姿勢が変化しても、取り出し装置７によって自動的に効率よくワークピースＭ１を取り出すことができる。

【0064】

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

【0065】

熱切断機１は、プラズマ切断機に限らない。熱切断機１は、レーザー切断機などの他の種類の切断機であってもよい。熱切断機１の構成は上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。例えば、支持部材１４の形状が変更されてもよい。取り出し装置７の構成は、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。例えば、取り出し装置７は、ロボットアーム２１に限らず、他の種類の搬送装置を備えてもよい。

【0066】

制御システム８の構成は、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。例えば、上述した複数のコントローラの一部が一体に構成されてもよい。例えば、取り出しコントローラ２９と設計コントローラ６とが一体化されてもよい。コントローラの一部が複数のコントローラによって構成されてもよい。例えば、取り出しコントローラ２９の機能が、複数のコントローラに分散して実行されてもよい。

【0067】

ワークピースＭ１および残材Ｍ２の形状は、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。例えば、ワークピースＭ１は、平面視で四角形に限らず、他の多角形、円形、或いはそれらが組み合わされた複雑な形状であってもよい。

【0068】

上述した処理の順番が変更されてもよい。例えば、ワークピースＭ１の回転と平行移動との順番が変更されてもよい。上述した処理の一部が省略、或いは変更されてもよい。上述した処理と異なる処理が追加されてもよい。複数の落下状態の一部が省略、或いは変更されてもよい。或いは、上述した落下状態と異なる落下状態が追加されてもよい。

【0069】

センサは、上記の実施形態のものに限らず、変更されてもよい。例えば、ステレオカメラなどの３Ｄカメラが用いられてもよい。その場合、３Ｄカメラによって、残材データとワークデータとを得ることができる。或いは、多視点画像からの3次元形状復元の手法によって、残材データとワークデータとが得られてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0070】

本開示によれば、熱切断機によって切り落とされたワークピースを、取り出し装置によって、自動的に効率よく残材から取り出すことができる。

【符号の説明】

【0071】

１ 熱切断機
７ 取り出し装置
１４ 支持部材
２６ 第１センサ
２７ 第２センサ
２９ 取り出しコントローラ
３１ 第１上角
３３ 第１下角
３２ 第２上角
３４ 第２下角
Ｍ１ ワークピース
Ｍ２ 残材

【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】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】