JP6735843B2 - 工作機械システム - Google Patents

Description

本発明は、複数の工作機械と複数の自走ロボットで構成された工作機械システムに関するものである。

工作機械は、所望の形状に被加工物を加工する。その際、工作機械への被加工物の取付けの作業と、加工が終わった被加工物の搬出の作業とをロボットや無人搬送車を用いて行う。人手ではなく、ロボットで被加工物の取付けと搬出を行うことで、自動運転ができ、生産効率を高めることができる。

特許文献１には、搬送ロボットを用いて複数台の加工機械にワークを搬送する際に、ワークの種類毎にパレットを区別して、出庫頻度に応じてパレットを出庫する加工スケジュール装置が開示されている。

特許文献２には、複数の搬送車を用いて鋼コイルを搬送する際に、荷受けまたは荷降ろし点に属する搬送車のうち、荷受け点に最も早く到達できる搬送車に搬送命令を割付ける搬送車割付方法が開示されている。

特公平０６−７１６９３号公報 特開平１０−２９７７１９号公報

工作機械によって被加工物を加工する場合、被加工物の取付けと搬出が行われる。また、被加工物の搬送作業だけでなく、それ以外の工作機械の保守作業も行う必要がある。例えば、工作機械の駆動部を潤滑するための油脂類を工作機械に供給する補充作業が必要となる。また、被加工物から除去された切りくずが工作機械に溜まったときには、工作機械の外部へと切りくずを搬出する必要がある。また、工作機械の工具交換装置に備えられる工具は、加工によって摩耗したり折損したりするため、不要になった工具を工作機械の外部へ搬出し、新しい工具を工作機械の工具交換装置に挿入する必要がある。

しかし、これらの保守作業がいつ発生するかを予期することは難しいため、スケジュールに組み入れて、自動化できなかった。または、予防処置の観点で、安全を見て早めに実施しなければならず、保守作業の回数が増えて無駄が多くなる。そのため、これらの保守作業は、工作機械のオペレータや保守要員が工作機械の表示装置に表示される警告などを監視し、必要にオペレータが行っていた。

オペレータが保守作業を行う場合は、オペレータが出勤している時間にしかできないため、夜間や休日に保守が必要になった場合は、アラームやワーニングなどで自動的に加工が中断するようにしておく必要がある。しかし、次にオペレータが来るまで、加工が中断し続けるため、工作機械の運転効率が悪い。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、保守作業が必要なときに、適切なタイミングで自走ロボットに保守作業を実行させる加工システムを提供することを目的とする。

本願発明では、複数の自走ロボットを用いて複数の工作機械へ被加工物を搬送する工作機械システムにおいて、前記工作機械毎に作業要求を送出する工作機械制御部と、前記工作機械制御部から送出された前記工作機械毎の作業要求に基づき、前記複数の自走ロボット毎に作業可能時刻をそれぞれ決める自走ロボット制御部と、前記自走ロボットがそれぞれ計画した前記自走ロボット毎の作業可能時刻を比較し、作業可能時刻が早い自走ロボットに要求作業を実行させる判定部とを備えるようにした。

これにより、オペレータが予め自走ロボットの作業時刻を予測しなくても、工作機械と自走ロボットとで、自動的に各種の作業の作業可能時刻を決め、適切なタイミングで適切な自走ロボットに実行させることができる。

本発明では更に、前記作業要求は、被加工物搬送作業要求と保守作業要求からなり、被加工物搬送作業要求は、工作機械への被加工物の取付け作業と、工作機械からの被加工物の搬出作業のいずれかの要求であり、保守作業要求は、工作機械からの切りくずの搬出作業、潤滑油脂を搬送して工作機械の動作部へ潤滑油脂を供給する作業、または工具を搬送して工作機械の工具収納装置１７へ工具を挿入する作業のいずれかの要求であるようにした。

これにより、オペレータが行っていた工具の補充・切りくずの搬出・油脂類の補充といった被加工物の搬送作業以外の保守作業も、自走ロボットによって自動に行われるようになった。

本発明により、保守作業が必要なときに、適切なタイミングで自走ロボットに保守作業を実行させることができるようになった。

本発明の工作機械システムの実施の形態を表した概略図である。

本発明の実施の形態を図１に示す。工作機械１１は、工具７３を把持し回転する主軸１３と被加工物５３が載置されたテーブル１５とを有し、送り軸により主軸１３とテーブル１５とを相対的に移動させることで、回転する工具７３によって被加工物を切削加工するマシニングセンタである。図１では、テーブル１５がＺ方向に、主軸１３がＸＹ方向に移動することで、工具７３と被加工物５３とを相対的移動させる。工作機械１１は、複数の工具７３を格納する工具収納装置１７を備え、図示していない工具交換装置により主軸１３に把持する工具７３と工具収納装置１７の中にある工具７３とを交換し、主軸１３を回転させて加工を行う。更に、工作機械１１は、テーブル１５の下方にバケットを備え、回転する工具７３により被加工物５３から除去された切りくずを回収する。また、工作機械１１は、送り軸を潤滑する油脂類を送り軸に供給する自動グリース供給装置１９を備える。また、工作機械１１、送り軸や自動交換装置を制御したり、自動グリース供給装置１９の状態を監視し指令を与えたりする制御装置２３を有する。工作機械の制御装置２３は、自走ロボット３１と無線で通信する。

自走ロボット３１は、無人搬送車３５と、無人搬送車３５の上に取り付けられた３軸以上の自由度を持つマニピュレータ３７を備える。自走ロボット３１は、電波（ＧＰＳ）やレーザ光を発信する位置基準を観測することで自身のおよその位置を認識し、目標位置付近に移動したときに目標物又は目標物に取り付けられたマーカーをカメラにて認識して精密な位置決めをする。

また、自走ロボット３１は、移動経路や作業手順を記憶する作業記憶部３９を有する。オペレータは、自走ロボット３１を押して、移動経路に沿って移動さることで、自走ロボット３１に移動経路を予め教示する。また、オペレータは、自走ロボット３１のマニピュレータ３７を動かすことで、自走ロボット３１に作業の内容を予め教示する。自走ロボット３１は、教示された移動経路と作業手順とを作業記憶部３９に記憶する。
更に、自走ロボット３１の無人搬送車３５の上部には、搬送する物品を一時的に置くための運搬台４１を備える。

素材貯蔵庫５１には、加工前の被加工物５３がそれぞれ治具を使ってパレット５５に固定されている。自走ロボット３１は、マニピュレータ３７でパレット５５を把持することで、自走ロボット３１の運搬台４１にパレット５５ごと被加工物５３を移すことができる。

製品貯蔵庫６１には、加工後の被加工物５３がパレット５５に固定されたまま保管される。自走ロボット３１は、工作機械１１のテーブル１５から加工が終わった被加工物５３をパレット５５ごと回収し、製品貯蔵庫６１に搬送する。オペレータは、製品貯蔵庫６１から完成した製品である加工後の被加工物５３を取り出せばよい。

保守用品貯蔵庫７１には、予備の工具７３が格納されている。本発明の工作機械１１で使用される工具７３は、工業規格で定められたマシニングセンタ用のＨＳＫなどの所定形状の工具ホルダに取り付けられている。工具ホルダのフランジ部の形状は規格で定められており、自走ロボット３１は、マニピュレータ３７でフランジ部を把持して、自走ロボット３１の運搬台４１と保守用品貯蔵庫７１との間で工具ホルダごと工具７３を移載することができる。

保守用品貯蔵庫７１には、更に油脂類が格納されている。油脂類としてグリースを例に挙げると、グリースは搬送しやすいようにチューブ７５に入った状態で保守用品貯蔵庫７１に格納されている。チューブ７５は、工作機械１１の自動グリース供給装置１９に接続できる。

切りくず廃棄場所８１には、空のバケットを置くバケット置き場と、切りくずを廃棄する大型バケットがある。自走ロボット３１は、空のバケットを工作機械１１へ搬送し、切りくずが入ったバケットを切りくず廃棄場所に持ち帰り、バケットの中の切りくずを大型バケットに捨てて、空になったバケットをバケット置き場に戻す。

本発明において、工作機械１１は作業要求を送出する。工作機械１１が送出する作業要求には、被加工物搬送作業要求と保守作業要求がある。

被加工物搬送作業は、保守作業よりも優先度が高い。工作機械１１に加工する被加工物５３の素材がないと、工作機械１１が加工することができず、作業が中断する時間が生じてしまうので、保守作業よりは優先して行う必要がある。被加工物搬送作業は、加工前の被加工物５３を素材貯蔵庫５１から工作機械１１まで被加工物５３を搬送する作業と、加工済みの被加工物５３を工作機械１１から製品貯蔵庫６１まで搬送する作業とがある。加工済みの被加工物５３を工作機械１１から取り除かないと、新たに加工前の被加工物５３を工作機械１１に搬入できないので、加工済みの被加工物５３を搬送する作業は、加工前の被加工物５３を搬送する作業より優先される。

また、保守作業においても、それぞれの保守作業には優先順位があり、優先順位の順に作業が行われるように処理される。工具７３の優先順位が高く、切りくず、グリースの順で作業の優先順位が低くなる。

保守作業には、工具７３を入れ替える作業がある。工作機械１１は、加工プログラムによる指令によって自動で主軸１３の工具７３を交換するが、工作機械１１の工具収納装置１７に工具７３を返却する際に、工具７３に破損や摩耗の異常がないかを判別するため、工具長さの測定装置（図示せず）で工具７３の長さを計測することにより、工具７３の破損や摩耗を検出する。工具７３に異常がある場合は、工作機械１１の工具収納装置１７に戻した使用済みの不要な工具７３を、保守用品貯蔵庫にある新品の工具と入れ替える必要がある。工作機械１１の工具収納装置１７にある不要な工具７３を新品と入れ替える作業は、被加工物搬送作業ほど優先度は高くない。しかし、加工プログラムによって工具７３を呼び出されたときに、呼び出された加工に使用する工具７３が準備できていないと、被加工物５３の加工ができず、加工が中断される時間が生じてしまう。そのため、工具７３を搬送して工作機械１１の工具収納装置１７へ工具７３を供給する作業は、他の保守作業よりも優先度が高い。

また、保守作業には、工作機械１１に用いる潤滑油脂を補充する作業がある。ここでは、代表的な例として、工作機械の送り軸の潤滑に用いられる潤滑油脂であるグリースを例に説明する。工作機械１１には、自動グリース供給装置１９が備えられている。工作機械１１のそれぞれの送り軸には、自動グリース供給装置１９から配管２１が接続されており、各送り軸にグリースを供給することができる。自動グリース供給装置１９がグリースを吐出してから次に吐出するまでには時間に余裕があり、完全に自動グリース供給装置１９が空になってグリースの供給が止まったとしても工作機械１１の送り軸にはグリースが付着しているため直ちに壊れることもなく、翌日に作業を持ち越しても問題ない。よって、グリースなどの潤滑油脂を搬送して工作機械１１の動作部へ潤滑油脂を供給する作業は、最も優先度が低い。

また、保守作業には、切りくずを廃棄する作業がある。工作機械１１が、被加工物４３を切削加工すると廃棄物として切りくずが生じる。テーブル１５の下には、バケット（図示せず）があり、落ちた切りくずは、バケットに回収される。バケットが満杯に近づいたことを検出するセンサがあり、バケットが満杯に近づいたら、満杯になる前にバケットを空のバケットに交換する。

本発明の工作機械１１の制御装置２３は、自身の状態を監視し、必要に応じて作業要求を自走ロボット３１に無線通信によって送出する。工具７３に問題がある場合は新しい工具７３を持ってくるように作業要求を送出し、バケットの切りくずがそろそろ満杯になる場合は空のバケットとの交換の作業要求を送出し、自動グリース供給装置１９から警告が出ているときはチューブ７５の交換の作業要求を送出する。また、工作機械１１は、加工が終了したときに、被加工物５３の搬出と、次の加工に使用する素材の被加工物５３の搬入の作業要求を送出する。

それぞれの自走ロボット３１は、工作機械１１の制御装置２３からの作業要求を受信する。それぞれの自走ロボット３１は、受け取った作業要求を優先度順に並び替え、予め記憶していた作業内容に対応した作業時間と、予め記憶していた移動経路に基づいて移動時間を算出し、作業時間と移動時間とに基づいて作業要求のあった作業が実行できる作業可能時刻を作業要求の項目毎に算出する。それぞれの自走ロボット３１が算出した作業要求の項目毎の作業可能時刻を判定部９１に無線通信によって送出する。

判定部９１は、それぞれの自走ロボット３１から送られてきた作業可能時刻を比較する。判定部９１は、それぞれの自走ロボット３１に、作業可能時刻が最も早い自走ロボット３１の識別番号または最も早い作業可能時刻を返信する。判定部９１から、返信する内容が最も早い作業時刻の場合は、判定部９１が個々の自走ロボット３１を識別する必要もなく、自走ロボット３１が自身の作業可能時刻と受信した作業可能時刻を比較し、時刻が一致すれば、自身が担当すると判断する。また、作業可能時刻が同時刻の自走ロボット３１が複数台ある場合には、それぞれの自走ロボット３１が次に予定している作業の作業可能時刻を比較し、次の作業の作業可能時刻が早い自走ロボット３１の識別番号を返信する。自走ロボット３１の識別番号でなく作業可能時刻を返信する場合は、次の作業の作業開始時刻も送信すれば、自走ロボット３１自身に担当するか否かを判断させることができる。

判定部９１から、作業開始時刻が最も早い自走ロボット３１の識別番号、または最も早い作業時刻が返信されたときに、自走ロボット３１は該当する自走ロボット３１が自身であるかを識別し、作業を担当する自走ロボット３１は作業を作業予定に組み込み、その他の自走ロボット３１は、作業要求を自身の作業予定から削除する。各自走ロボット３１の作業予定は、それぞれの作業記憶部３９に記憶される。

判定部９１は、どの自走ロボット３１が作業を行うかを工作機械１１に通知する必要はない。工作機械１１は、自走ロボット３１のそれぞれを区別することはなく、作業を行うために訪れた自走ロボット３１に要求した作業を行わせればよい。

本実施の形態では、被加工物５３をパレット５５に取り付け、パレット５５を自走ロボット３１が工作機械１１と素材貯蔵庫又５１は製品貯蔵庫６１との間で搬送する場合について説明したが、パレット５５を用いずに自走ロボット３１のマニピュレータ３７で直接被加工物５３を把持して搬送するようにしてもよい。

１１ 工作機械
１３ 主軸
１５ テーブル
１７ 工具収納装置
１９ 自動グリース供給装置
３１ 自走ロボット
３３ 自走ロボット制御部
３５ 無人搬送車
３７ マニピュレータ
３９ 作業記憶部
４１ 運搬台
５１ 素材貯蔵庫
５３ 被加工物
５５ パレット
６１ 製品貯蔵庫
７１ 保守用品貯蔵庫
７３ 工具
７５ チューブ
８１ 切りくず廃棄場所
９１ 判定部

Claims (3)

1. 無人搬送車の上にマニピュレータを有した複数の自走ロボットを用いて複数の工作機械へ被加工物を搬送する工作機械システムにおいて、
   前記工作機械毎に作業要求を送出する工作機械制御部と、
   前記自走ロボットに備えられ、プログラムされた作業または教示された作業を記憶する作業記憶部と、
   前記作業記憶部に記憶された作業にかかる所要時間を記憶し、前記所要時間及び前記工作機械制御部から送出された前記工作機械毎の作業要求に基づき、前記複数の自走ロボット毎に作業可能時刻を算出し、前記作業可能時刻をそれぞれ決める自走ロボット制御部と、
   複数の前記自走ロボットが算出した作業可能時刻に基づいて前記自走ロボットがそれぞれ計画した前記自走ロボット毎の作業可能時刻を比較し、作業可能時刻が早い自走ロボットに要求作業を実行させる判定部と
   を備える工作機械システム。
2. 前記作業要求は、被加工物搬送作業要求と保守作業要求からなり、
   被加工物搬送作業要求は、工作機械への被加工物の取付け作業と、工作機械からの被加工物の搬出作業のいずれかの要求であり、
   保守作業要求は、工作機械からの切りくずの搬出作業、潤滑油脂を搬送して工作機械の動作部へ潤滑油脂を供給する作業、または工具を搬送して工作機械の工具収納装置へ工具を挿入する作業のいずれかの要求である請求項１に記載の工作機械システム。
3. 前記自走ロボット制御部は、被加工物搬送作業、工具搬送作業、切りくずの搬出作業、潤滑油脂の搬送作業の各作業に予め振り付けた優先順位に基づいて作業可能時刻を算出する請求項２に記載の工作機械システム。

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