JP4898290B2 - 測定機能付電動チャックを備えたワーク搬送装置 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械で加工したワークを電動チャックで把持して搬送する間に、ワークの加工寸法を測定できるようにした測定機能付電動チャックを備えたワーク搬送装置に関するものである。

ワークの加工時に使用するチャックによってワークの寸法を計測するものとして、例えば、特許文献１に記載されているものが知られている。特許文献１に記載のものは、ワークを把持する把持爪を電動モータによって駆動し、チャックによってワークを把持したときの把持爪の位置からワークの寸法を演算する計測寸法演算プログラムを備えている。

また、特許文献１には、上記のように測定されたワークの実測寸法と、予め定められたワークの目標寸法との差によって、工具の摩耗や欠損を判断し、その工具の工具補正量の値を修正したり、工具不良を表示したりする工具補正量修正プログラムを備えている。

上記した特許文献１に記載のものによれば、ワークの寸法を計測するための専用の計測装置が不要となり、加工寸法の合否判定や、工具補正量の修正、工具寿命の判定、工具欠損等の工具不良の判定等を行うことができる利点がある。
特開２００２−２１０６３５号公報（段落００３３、００３４、図２）

しかしながら、特許文献１に記載されたものにおいては、ワークの加工時に使用するチャックによってワークの寸法を計測するものであるため、ワークの寸法の計測のために、少なからずタイムロスを発生する問題がある。しかも、ワークの実測寸法と目標寸法との差に基づいて工具補正量の修正等を行うようになっているが、長時間の連続運転による熱変位等の影響を受けやすく、ワークの寸法精度を安定して維持することが難しい問題があった。

本発明は、上記した従来の不具合を解消するためになされたもので、加工したワークを電動チャックで把持して搬送する間に、ワークの加工寸法を測定できるようにするとともに、電動チャック内に座標校正用のマスタピースを備えた測定機能付電動チャックを備えたワーク搬送装置を提供することを目的とするものである。

上記した課題を解決するために、請求項１に係る発明の特徴は、工作機械で加工されたワークを搬送するワーク搬送装置において、該ワーク搬送装置は電動チャックを備え、該電動チャックは、ワークを把持する径方向移動可能な円周上複数の把持爪と、該把持爪を位置制御可能な電動モータと、該電動モータの回転角を検出し該回転角に基づいてワークの寸法を測定するエンコーダと、前記電動チャックの中心部に設けられたマスタピースとを備え、前記把持爪の内径方向内側に、前記マスタピースに当接可能な基準面が形成されていることである。

請求項２に係る発明の特徴は、請求項１において、前記電動モータは、前記把持爪に作用するトルクが設定把持トルク値以上になるまで位置制御することである。

請求項３に係る発明の特徴は、請求項１または請求項２において、任意にまたは所定時間毎に、前記電動モータによって前記把持爪の前記当接部を前記マスタピースに当接して前記エンコーダの校正を行うことである。

請求項４に係る発明の特徴は、請求項１または請求項２において、前記エンコーダは、インクリメンタルエンコーダからなり、前記工作機械の電源投入時に、前記電動モータによって前記把持爪の前記当接部を前記マスタピースに当接して原点セットを行うことである。

上記のように構成した請求項１に係る発明によれば、ワーク搬送装置に備えた電動チャックが、ワークを把持する径方向移動可能な円周上複数の把持爪と、把持爪を位置制御可能な電動モータと、電動モータの回転角を検出し該回転角に基づいてワークの寸法を測定するエンコーダと、電動チャックの中心部に設けられたマスタピースとを備え、把持爪の内径方向内側に、マスタピースに当接可能な基準面が形成されている。

従って、把持爪によって、ワークを把持する把持機能と、ワークの寸法を測定する測定機能とを兼用できるので、部品点数を削減することができ、また、電動チャック内にマスタピースを内蔵しているので、把持爪の座標位置の校正のための構成を簡素化できるとともに、動作サイクル時間を短縮でき、校正処理を効率的に行うことができる。しかも、ワーク寸法の測定をワークの搬送中に行うことができるので、ワーク寸法の測定のためにタイムロスを生ずることがなく、ワークの加工を効率的に行えるようになる。
しかも、把持爪に設けた基準面をマスタピースに当接する方向に移動させるのみで、把持爪の座標位置の校正を容易に行うことができる。

請求項２に係る発明によれば、電動モータは、把持爪に作用するトルクが設定把持トルク値以上になるまで位置制御するようになっているので、ワーク寸法を安定的に測定することができる。

請求項３に係る発明によれば、任意にまたは所定時間毎に、電動モータによって把持爪の当接部をマスタピースに当接してエンコーダの校正を行うようになっているので、熱変位等の影響に係わらず、ワーク寸法を長期に亘って高精度に測定することができる。

請求項４に係る発明によれば、エンコーダは、インクリメンタルエンコーダからなり、工作機械の電源投入時に、電動モータによって把持爪の当接部をマスタピースに当接して原点セットを行うようになっているので、安価なインクリメンタルエンコーダを用いて、ワーク寸法を測定することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、ワークＷを加工する２台の工作機械１０、１１と、これら工作機械１０、１１の各間でワークＷを搬送するワーク搬送装置１２を備えた加工システムを示す図である。本実施の形態においては、第１の工作機械１０によってワークＷに第１工程加工を施し、第２の工作機械１１によってワークＷに第２工程加工を施す例で示すとともに、第１および第２の工作機械１０，１１を、ＮＣ旋盤によって構成した例で示している。

図１において、第１および第２の工作機械１０、１１は、Ｘ軸方向に所定距離離間して床面上に配設されている。各工作機械１０、１１は、ベッド１３，１４上に設置された主軸台１５、１６を備え、これら主軸台１５、１６に主軸１７，１８がＸ軸方向と直交する水平軸線の回りに回転可能に支持されている。主軸１７、１８にはワークＷを把持するチャック２８（図４参照）が取付けられている。ベッド１３，１４上には、タレット支持台１９、２０が主軸台１５、１６に対して主軸１７、１８の半径方向（Ｘ軸方向）に進退可能に載置され、これらタレット支持台１９、２０にタレット２１、２２が主軸１７、１８と平行な軸線の回りに回転割出し可能に支持されている。タレット２１，２２の外周には、バイトや回転工具等の各種工具が取付けられ、これら各種工具を用いてチャック２８に把持されたワークＷに所要の加工を施すようになっている。

第１および第２の工作機械１０，１１の上方には、両工作機械１０、１１に跨ってレール２３がＸ軸方向に沿って設置され、このレール２３にワーク搬送装置１２がＸ軸方向に移動可能に設けられている。ワーク搬送装置１２は、レール２３に走行可能に装架された走行台２５と、この走行台２５に昇降可能に装架されたローダアーム２６と、このローダアーム２６の下端に前記主軸１７、１８の回転軸線と平行な方向に移動可能に支持された移動台２７と、この移動台２７に取付けられた電動チャック３０とによって構成されている。電動チャック３０は、ワークＷを把持して搬送するもので、以下に述べるように、電動チャック３０による搬送中にワークＷの加工寸法を測定できる機能を有している。

次に、電動チャック３０の具体的な構成を、図２および図３に基づいて説明する。図２および図３において、上記したローダアーム２６の下端に移動可能に支持された移動台２７には取付けフランジ２７ａが形成され、この取付けフランジ２７ａに電動チャック３０のチャック本体３１がボルト穴３１ａを挿通する図略のボルトによって固定されている。主軸１７，１８のチャック２８側に対向するチャック本体３１の先端面には、面板３２が固定されている。面板３２およびチャック本体３１には、これら面板３２とチャック本体３１とに跨って固定支持軸３３が、主軸１７、１８の軸線と平行にチャック本体３１の中心部に固定されている。面板３２には円周上複数（３つ）のガイド溝３２ａが半径方向に沿って等角度間隔に形成され、これらガイド溝３２ａにそれぞれ親爪３５の両側部が半径方向に移動可能に係合されている。

固定支持軸３３にはリード溝部材３６が軸受３７を介して回転可能に軸承され、リード溝部材３６の一端には複数（３つ）の円弧状をなすリード溝３６ａが固定支持軸３３の軸心と同心とする円周上の等角度な位置に形成されている。これらリード溝３６ａには親爪３５に突設された係合ピン３５ａがそれぞれ係合され、これにより、リード溝部材３６が回転されると、リード溝３６ａおよび係合ピン３５ａを介して複数の親爪３５がガイド溝３２ａに沿って半径方向に同期移動されるようになっている。固定支持軸３３の先端には、円筒状のマスタピース３８が固定支持軸３３と同心的に取付けられている。マスタピース３８は、高精度な測定機器を用いて寸法を計測しながら予め所定の外径寸法に高精度に加工したものである。

上記した複数の親爪３５には、ワークＷを把持する把持爪４７が図略のボルトによってそれぞれ位置調整可能に固定され、これら把持爪４７にワークＷの外周を把持する把持面４７ａが形成されている。なお、図３においては、把持爪４７を取外した状態を図示している。各把持爪４７の半径方向の内側には、マスタピース３８に当接可能な当接部としての基準面４７ｂが形成され、これら基準面４７ｂがマスタピース３８の外周面に当接した位置を把持爪４７の原点としている。すなわち、把持爪４７の原点において、把持爪４７の把持面４７ａにて把持されるワークＷの寸法は、既知寸法に設定され、原点に対する把持爪４７の相対移動量に基づいてワークＷの実際の寸法を測定できるようにしている。

リード溝部材３６にはハイポイドピニオン４０がボルト４１によって一体的に取付けられ、ハイポイドピニオン４０に噛合うハイポイドギヤ４２が、チャック本体３１に固定されたモータ取付けブロック４３に軸受４４を介して回転可能に支持されている。モータ取付けブロック４３には、例えば、ステッピングモータからなる電動モータ４５が設置され、電動モータ４５の出力軸４５ａにハイポイドギヤ４２が一体的に結合されている。電動モータ４５には、電動モータ４５の回転角を検出するエンコーダ４６が連結され、このエンコーダ４６によって把持爪４７の半径方向位置（座標値）、すなわち、把持爪４７によって把持されるワークＷの加工寸法を検出できるようにしている。エンコーダ４６は一例としてインクリメンタルエンコーダにて構成されている。

なお、図２および図３中、４８はワークＷの端面に当接してワークＷの把持姿勢を規制する規制部材で、規制部材４８はチャック本体３１に円周上複数個所（３個所）設けられている

５０は電動モータ４５を制御するモータ制御装置を示すもので、モータ制御装置５０は、演算処理装置５１と、メモリ５２と、インターフェィス５３から主に構成されている。メモリ５２には、校正プログラム等の各種プログラム、およびこれらプログラムを実行するに必要な種々の制御値が記憶されている。

次に上記した構成における動作について説明する。所定位置に設けられた図略の未加工ワーク載置台より未加工ワークＷの一端が、ワーク搬送装置１２の電動チャック３０の把持爪４７によって把持され、その状態で走行台２５がレール２３に沿って移動されるとともに、ローダアーム２６が下降され、電動チャック３０の把持爪４７にて把持された未加工ワークＷが、第１の工作機械１０の主軸１７の前方に対応する位置に位置決めされる。続いて、ワーク搬送装置１２の電動チャック３０が移動台２７とともに主軸１７のチャック２８に向かって図４に示す所定量Ｌ１だけ主軸１７の軸線方向に前進移動され、未加工ワークＷの他端が主軸１７のチャック内に挿入される。その状態で、主軸１７のチャック２８が閉止されて、未加工ワークＷの他端が把持される。

同時に、電動チャック３０の把持爪４７を開放すべく電動モータ４５が駆動され、電動モータ４５の回転がハイポイドギヤ４２、ハイポイドピニオン４０、リード溝部材３６に形成されたリード溝３６ａおよび親爪３５に突設された係合ピン３５ａを介して、円周上複数の把持爪４７に伝達され、各把持爪４７がガイド溝３２ａに沿ってそれぞれ半径方向外方に同期して移動され、ワークＷの把持を開放する。その後、電動チャック３０は移動台２７とともに主軸１７のチャック２８より離間する方向に所定量Ｌ１後退移動されるとともに、ローダアーム２６の上昇によって原位置に復帰され、その状態で、ワークＷの加工が終了するまで待機する。

第１の工作機械１０の主軸１７のチャック２８に未加工ワークＷの他端が把持されると、主軸１７が回転されるとともに、タレット支持台１９が主軸台１５に向かって前進され、タレット支持台１９に支持されたタレット２１上の工具によって、ワークＷの一端外周の加工部Ｗ１に所定の第１工程加工が施され、ワークＷの加工部Ｗ１が所定の加工寸法に加工される。

第１の工作機械１０によるワークＷの加工部Ｗ１の所定の加工が終了すると、ワーク搬送装置１２の電動チャック３０が再び第１の工作機械１０の主軸１７に対応する位置に位置決めされる。続いて、前述したと同様に、移動台２７とともに電動チャック３０が主軸１７の軸線方向に移動され、開放状態にある電動チャック３０の把持爪４７が図４に示すようにワークＷの加工部Ｗ１を把持する位置まで前進される。このとき、ワークＷの端面は円周上複数の規制部材４８の端面に当接され、電動チャック３０に対するワークＷの姿勢が正確に保持される。

その状態で、電動モータ４５が前記と逆方向に駆動され、円周上複数の把持爪４７がガイド溝３２ａに沿って半径方向内方に同期して移動され、各把持爪４７の把持面４７ａによってワークＷの加工部Ｗ１の外周を把持する。この場合、把持爪４７に作用するトルク、すなわち、把持爪４７によるワークＷの把持トルク（クランプ力）が設定把持トルク値になるように電動モータ４５が制御される。

電動チャック３０の把持爪４７によってワークＷの加工部Ｗ１が把持されるのと同時に、第１の工作機械１０の主軸１７のチャック２８が開放され、その状態で、移動台２７が主軸１７より離間する方向に移動され、ワークＷは主軸１７のチャック２８内より離脱される。続いて、第１の工作機械１０によって第１工程加工されたワークＷを第２の工作機械１１に搬送すべく、ワーク搬送装置１２の走行台２５がレール２３に沿って第２の工作機械１１側に走行される。

かかるワークＷの搬送中に、ワークＷの加工部Ｗ１を把持している把持爪４７の位置座標（半径方向位置）に基づいて、すなわち、この把持爪４７を移動させる電動モータ４５の回転角を検出するエンコーダ４６の出力値に基づいて、ワークＷの加工部Ｗ１の加工径が測定される。このように、ワークＷの加工部Ｗ１の加工径の測定がワークＷの搬送中に行えるので、ワーク径の測定のために、タイムロスを発生することがなく、ワークＷの加工を効率的に行えるようになる。また、ワーク径の測定時には、ワークＷは把持爪４７によって一定の把持トルクで把持されるとともに、規制部材４８によって電動チャック３０に対するワークＷの姿勢が正確に保持されるので、ワークＷを安定的かつ高精度に測定できるようになる。

第２の工作機械１１側に搬送されたワークＷは、第１の工作機械１０において述べたと同様にして、第２の工作機械１１の主軸１８のチャックに挿入され、主軸１８のチャックに把持される。そして、第２の工作機械１１のタレット支持台２０に支持されたタレット２２の工具によって、ワークＷに第２工程加工が施され、第２工程加工が完了したワークＷはワーク搬送装置１２によって、図略の加工済ワーク載置台に搬出される。

なお、ワーク搬送装置１２に、電動チャック３０をそれぞれ備えた一対のローダアーム２６を設ければ、未加工ワークと加工済ワークを同時に把持することが可能となるので、各工作機械１０、１１からの加工済ワークＷの搬出と、各工作機械１０、１１への未加工ワークＷの搬入を連続的に行えるようになり、ワークＷの搬入のための工作機械１０、１１の停止時間を大幅に減少することが可能となる。

ところで、電動チャック３０の把持爪４７の位置を検出するエンコーダ４６は、インクリメンタルエンコーダにて構成されているため、機械の電源がダウンされるのに伴って、把持爪４７の位置情報が消失され、ワークＷの加工部Ｗ１の加工径を測定できなくなる。このため、機械の電源が投入される毎に原点セットプログラムの開始が指令される。また、工作機械１０、１１を長時間連続運転すると、熱変位等の影響によってワークＷの加工寸法を定められた寸法公差内に維持できなくなる恐れがあるため、任意にあるいは所定時間が経過する毎に、把持爪４７の座標位置を校正するための座標校正プログラムの開始が指令される。以下、図５および図６のフローチャートに基づいて、原点セットプログラムおよび座標校正プログラムを実行するモータ制御装置５０の演算処理装置５１の処理動作について説明する。

原点セットプログラムの開始が指令されると、図５に示すように、まず、ステップＳ１０２において、電動モータ４５が一方向に駆動され、複数の把持爪４７が半径方向内方に移動される。次いで、ステップＳ１０４では、エンコーダ４６の出力の変化がなくなり、かつ把持爪４７に作用するトルク（当接トルク）Ｔ１が予め設定された設定トルクＴ０より大きくなったか否かが判断される。把持爪４７が基準面４７ｂに当接するまでは、エンコーダ４６の出力が変化しており、しかも把持爪４７に作用するトルクＴ１が設定トルクＴ０より大きくなることがないので、ステップＳ１０４における判断結果はＮＯとなり、ステップＳ１０２に戻って電動モータ４５の駆動が継続される。把持爪４７の基準面４５ｂが図７に示すように、マスタピース３８の外周面に当接して把持爪４７の移動が停止され、かつ電動モータ４５の負荷電流の上昇によって把持爪４７に作用するトルクＴ１が設定トルクＴ０より大きくなったことが検出されると、ステップＳ１０４の判断結果がＹＥＳとなり、ステップＳ１０６に進められる。

ステップＳ１０６においては、把持爪４７に作用するトルクＴ１が設定トルクＴ０より大きくなった時点におけるエンコーダ４６の出力値を原点（ゼロ点）にセットし、この原点を基準にして上記したようにワークＷの寸法測定が実施される。

一方、座標校正プログラムの開始が指令されると、図６に示すように、先に述べた第１の実施の形態におけるステップＳ１０２およびステップＳ１０４と同様なステップＳ１１２およびステップＳ１１４が実行される。ステップＳ１１４の判断結果がＹＥＳとなると、ステップＳ１１６に進められ、同ステップＳ１１６において、把持爪４７に作用するトルクＴ１が設定トルクＴ０より大きくなった時点における把持爪４７の位置座標値、すなわち、エンコーダ４６によって検出された把持爪４７の位置座標値が読込まれる。次いで、ステップＳ１１８において、読込まれた実測の位置座標値と予め定められた基準座標値との差が演算され、ステップＳ１２０において、演算された差分が予め定められた許容値より小さいか否かが判断される。差分が許容値より小さい場合、すなわち、校正が不要である場合には、ステップＳ１２０の判断結果がＹＥＳとなり、プログラムはリターンされる。しかしながら、差分が許容値より大きい場合（判断結果ＮＯ）には、ステップＳ１２２に進んで、差分を工具オフセット値として記憶し、工具位置をオフセットする等の補正処置が実行される。この結果、ワークＷは熱変位等の影響に係わらず、常に定められた寸法公差内に維持されることになる。

上記した実施の形態によれば、把持爪４７が、ワークＷを把持する把持機能と、ワークＷの寸法を測定する測定機能とを兼用しているので、部品点数の削減が可能となり、しかも、電動チャック３０内にマスタピース３８を内蔵しているので、把持爪４７の座標位置の校正のための構成を簡素化できるとともに、動作サイクルタイムを短縮でき、校正処理を効率的に行うことができる。また、ワーク寸法の測定をワークＷの搬送中に行うことができるので、ワーク寸法の測定のためにタイムロスを生ずることがなく、ワークＷの加工を効率的に行えるようになる。

上記した実施の形態によれば、電動モータ４５によって、把持爪４７に作用するトルクが一定値以上になるまで把持爪４７を位置制御するようになっているので、ワーク寸法を高精度に測定することができるとともに、把持爪４７の座標位置の校正を高精度に行うことができ、熱変位等の影響に係わらず、ワーク寸法を長期に亘って安定的に維持できるようになる。

上記した実施の形態においては、エンコーダ４６としてインクリメンタルエンコーダを用いたが、エンコーダとして把持爪４７の位置を絶対値として測定するアブソリュートエンコーダを用いることもでき、この場合には、上記した実施の形態で述べたような電源投入時にエンコーダ４６の原点をセットするプログラム操作は不要となる。

また、上記した実施の形態においては、第１の工作機械１０で加工したワークＷを第２の工作機械１１に搬送する間に、ワークＷの加工寸法を測定するようにしたが、本発明は必ずしも２台の工作機械を必須の構成要素とするものではなく、例えば、１台の工作機械とワーク搬出部との間で加工済のワークＷを搬送するワーク搬送装置にも適用できるものである。

さらに、ワーク搬送装置１２は、工作機械の主軸チャック２８との間で直接ワークＷの受け渡しを行って搬送する形態の他に、工作機械によって加工されたワークＷを一旦仮受台に搬出するものにあっては、その仮受台よりワークＷを把持して搬送するものであってもよい。

なお、特に、ワーク搬送装置１２の電動チャック３０と工作機械の主軸チャック２８との間で直接ワークＷを受け渡す場合には、ワーク搬送装置１２側の取付けフランジ２７ａに対して電動チャック３０をフローチング可能に支持することが好ましく、このようにすることによって、ワークＷの受け渡しを容易に行うことができるようになる。

斯様に、上記した実施の形態で述べた具体的構成は、本発明の一例を示したものにすぎず、本発明はこのような具体的構成に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の態様を採り得ることは勿論である。

本発明の実施の形態を示す測定機能付電動チャックを備えたワーク搬送装置の概略図である。 ワーク搬送装置の電動チャックの構成を示す断面図である。 図２の３−３線矢視断面図である。 ワーク搬送装置の電磁チャックと工作機械の主軸チャックの受渡し状態を示す図である。 原点セット時のフローチャートを示す図である。 校正時のフローチャートを示す図である。 原点セット時および座標校正時における電動チャックの作動を示す電動チャックの作動状態図である。

符号の説明

１０、１１・・・工作機械、１２・・・ワーク搬送装置、１５、１６・・・主軸台、１７、１８・・・主軸、２１、２２・・・タレット、２８・・・チャック、３０・・・電動チャック、３２・・・面板、３３・・・固定支持軸、３５・・・親爪、３６・・・リード溝部材、３８・・・マスタピース、４２・・・ハイポイドギヤ、４５・・・電動モータ、４６・・・エンコーダ、４７・・・把持爪、４７ａ・・・把持面、４７ｂ・・・当接部（基準面）、Ｗ・・・ワーク。

Claims (4)

1. 工作機械で加工されたワークを搬送するワーク搬送装置において、該ワーク搬送装置は電動チャックを備え、該電動チャックは、ワークを把持する径方向移動可能な円周上複数の把持爪と、該把持爪を位置制御可能な電動モータと、該電動モータの回転角を検出し該回転角に基づいてワークの寸法を測定するエンコーダと、前記電動チャックの中心部に設けられたマスタピースとを備え、前記把持爪の内径方向内側に、前記マスタピースに当接可能な基準面が形成されていることを特徴とする測定機能付電動チャックを備えたワーク搬送装置。
2. 請求項１において、前記電動モータは、前記把持爪に作用するトルクが設定把持トルク値以上になるまで把持爪を位置制御することを特徴とする測定機能付電動チャックを備えたワーク搬送装置。
3. 請求項１または請求項２において、任意にまたは所定時間毎に、前記電動モータによって前記把持爪の前記当接部を前記マスタピースに当接して前記エンコーダの校正を行うことを特徴とする測定機能付電動チャックを備えたワーク搬送装置。
4. 請求項１または請求項２において、前記エンコーダは、インクリメンタルエンコーダからなり、前記工作機械の電源投入時に、前記電動モータによって前記把持爪の前記当接部を前記マスタピースに当接して原点セットを行うことを特徴とする測定機能付電動チャックを備えたワーク搬送装置。

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