JP2016120589A

JP2016120589A - 工作機械の機内清掃装置

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Publication number: JP2016120589A
Application number: JP2015231629A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　正則; Masanori Ito; 正則伊藤
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2014-12-25
Filing date: 2015-11-27
Publication date: 2016-07-07
Anticipated expiration: 2035-11-27
Also published as: JP6420227B2

Abstract

【課題】検出装置を用いることで、切粉の堆積状況から清掃が必要な箇所を判断して、機内清掃を行うことが可能なロボットおよび検出装置を用いた工作機械の機内清掃装置を提供する。【解決手段】工作機械１に備わったスプラッシュガード７には開口部９ａ，９ｂが設けられ、開口部９ａ，９ｂにはそれぞれ、開閉自在の開閉扉８ａ，８ｂが取り付けられている。機械内部にはワークを載置するテーブル６、工具を交換する工具交換装置１０が配設されている。ロボット２は、工作機械１がワークの加工を行わない期間に、アームの先端を機械内部に侵入させ、ロボット２に取り付けた視覚センサ３などの検出装置により、切粉の堆積状況を確認し、堆積した切粉に対してクーラントガン４からクーラントを噴射して、機械内部に堆積した切粉を清掃し、切粉を機外に排出する。【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットおよび検出装置を用いた工作機械の機内清掃装置に関する。

工作機械において、加工中に生じた切粉が機内に堆積すると、可動部が切粉を噛み込むなど、様々な故障に繋がる可能性がある。切粉除去手段の１つとして、スネークパイプ付きのノズルを配備し、加工中に切削液で切粉を機外へ排出するものが知られている。しかし、ノズルの可動範囲が限定されており、切粉の堆積箇所を的確に清掃することが難しく、定期的に人の手による機内清掃が必要となっているのが現状である。

これに対し、清掃装置をロボットなどに取り付け、清掃装置の姿勢および位置を制御するシステムが提案されている。これらの先行技術では、清掃装置を機内で移動させることで、機内の広い範囲に渡って切粉除去を行うことが可能となっている。

特許文献１には、ワーク加工時に飛散した切粉や切削油をエアブローにより機外に除去するエアノズルを、主軸頭の移動に対して独立的で、且つ、ワークに対して直交３軸方向に相対的に移動可能とした工作機械の自動清掃装置が開示されている。

特許文献２には、アームの先端に切粉吸引するノズルを設けた清掃ロボットを工作機械のクロスレールや主軸頭等の移動体に設け、工具がワークを加工する際の加工プログラムで定まる時間内に、ノズルが領域移動して切粉を吸引できる移動経路を設計し、加工中の工具と干渉する領域を除いた干渉領域の経路データのみを出力して清掃ロボットを制御し切粉を吸引して排出する装置が開示されている。

特開２００９−１１３１８２号公報特開２００１−３２２０４９号公報

背景技術で説明した、これらの清掃ロボットは予め設定されたプログラムに従って動作しており、実際の切粉の堆積状況を考慮していない。そのため、必要以上の清掃を行っている場合や、切粉が残っている状態で次の加工に移っているおそれがある。
そこで本発明の目的は、機械内部の切粉の堆積状態を検出する検出装置を用いることで、切粉の堆積状況から清掃が必要な箇所を判断して、機内清掃を行うことが可能なロボットおよび検出装置を用いた工作機械の機内清掃装置を提供することである。

本願の請求項１に係る発明は、加工空間である機械内部を外部から隔離するカバーを有する工作機械の、前記カバー内部に堆積した切粉を除去する、機内清掃装置であって、前記切粉を除去する切粉除去装置と、前記切粉除去装置を把持可能な移動装置と、前記機械内部の切粉の堆積状況を検出する検出装置と、前記検出装置によって得られた前記切粉の堆積状況に係る情報を処理し、切粉除去が必要な箇所を判断する情報処理装置と、前記情報処理装置によって切粉除去が必要と判断された箇所に切粉除去装置を移動させる前記移動装置の制御装置と、を備えたことを特徴とする工作機械の機内清掃装置である。

請求項２に係る発明は、前記切粉除去装置により切粉の除去を行った後、前記検出装置によって機内の切粉の堆積状況を検出し、前記情報処理装置によって、切粉が除去されたと判断されるまで切粉の除去を繰り返し実行することを特徴とする請求項１に記載の工作機械の機内清掃装置である。
請求項３に係る発明は、前記切粉の除去の繰り返し実行は、前記切粉除去装置の動作を前回と異なる動作とすることを特徴とする請求項１または２の何れかに記載の工作機械の機内清掃装置である。
請求項４に係る発明は、前記切粉除去装置は、流体を噴出して切粉を除去することを特徴とする請求項１〜３の何れか一つに記載の工作機械の機内清掃装置である。

請求項５に係る発明は、前記切粉除去装置は、流体と共に切粉を吸引して切粉を除去することを特徴とする請求項１〜３の何れか一つに記載の工作機械の機内清掃装置である。
請求項６に係る発明は、前記移動装置は、ロボットであることを特徴とする請求項１〜５の何れか一つに記載の工作機械の機内清掃装置である。
請求項７に係る発明は、前記検出装置は、視覚センサであることを特徴とする請求項１〜６の何れか一つに記載の工作機械の機内清掃装置である。

請求項８に係る発明は、前記検出装置は、距離センサであることを特徴とする請求項１〜６の何れか一つに記載の工作機械の機内清掃装置である。
請求項９に係る発明は、前記検出装置は、前記移動装置に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜８の何れか一つに記載の工作機械の機内清掃装置である。
請求項１０に係る発明は、前記情報処理装置は、前記移動装置の制御装置に内蔵されていることを特徴とする請求項１〜９の何れか一つに記載の工作機械の機内清掃装置である。

請求項１１に係る発明は、前記機械内部にマークあるいはパターンを設け、前記情報処理装置は加工後に前記マークあるいは前記パターンを認識できない箇所を、清掃の必要な箇所と判断することを特徴とする請求項１〜６の何れか一つに記載の工作機械の機内清掃装置である。
請求項１２に係る発明は、前記切粉除去装置によって切粉除去を行うか人手による切粉除去を行うかを判定し、人手による切粉除去が必要と判定した場合に、人手による切粉除去が必要な旨を通知する手段を有することを特徴とする請求項１〜１１の何れか一つに記載の工作機械の機内清掃装置である。

本発明により、機械内部の切粉の堆積状態を検出する検出装置を用いることで、切粉の堆積状況から清掃が必要な箇所を判断して、機内清掃を行うことが可能なロボットおよび検出装置を用いた工作機械の機内清掃装置を提供できる。

ロボットおよび機械内部の切粉の堆積状態を検出する検出装置を用いた工作機械の機内清掃装置を示す図である。ロボットおよび機械内部の切粉の堆積状態を検出する検出装置を用いた工作機械の機内清掃装置が実行する処理のフローを示す図である。マークの配置例を示す図である。ロボットおよび機械内部の切粉の堆積状態を検出する検出装置を用いた工作機械の機内清掃装置が実行する処理の他のフローを示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１はロボットおよび検出装置を用いた工作機械の機内清掃装置を示す図である。工作機械の機内清掃装置は、工作機械１と、工作機械１の機外に設置されたロボット２と、ロボット２に取り付けた、クーラントガン４などの切粉除去装置と、移動装置であるロボット２に取り付けた、視覚センサ３などの検出装置と、ロボット２に搭載された情報処理装置２１から構成される。

工作機械１は、ベッド５上に、加工空間である機械内部を外部から遮断するスプラッシュガード７を備え、加工液や、ワークの加工によって生じる切粉が機械内部から外部に飛散するのを防止している。スプラッシュガード７には開口部９ａ，９ｂが設けられ、開口部９ａ，９ｂにはそれぞれ、開閉自在の開閉扉８ａ，８ｂが取り付けられている。機械内部にはワーク（図示せず）を載置するテーブル６、工具を交換する工具交換装置１０が配設されている。工作機械１は工作機械の制御装置（図示せず）により制御され、ワークの加工を行う。

ロボット２は、ロボット２の制御装置２０によって制御される多関節のアームを備えたロボットであり、アームの先端にクーラントガン４を取り付けている。ロボット２の制御装置２０は情報処理装置２１を備えている。なお、クーラントガン４はロボットのアーム先端に取り付けられたハンドにより把持しても良い。

ロボット２は、工作機械１がワークの加工を行わない期間に、アームの先端を開口部９ｂから機械内部に侵入させ、ロボット２に取り付けた視覚センサ３などの検出装置により、切粉の堆積状況を確認し、堆積した切粉に対してアームの先端に取り付けられたクーラントガン４から、ワークの加工に用いられる切削液、つまりクーラントを噴射して、機械内部に堆積した切粉を清掃し、切粉を機外に排出する。また、切粉除去は、切粉液の噴射だけではなく、空気、切削液等の流体と共に切粉を吸引する形態であっても良い。情報処理装置２１は、視覚センサ３などの検出装置により検出された切粉の堆積状況に係る情報を処理し、切粉の除去が必要な箇所を判定する処理を行う。なお、情報処理装置２１はロボットの制御装置２０に内蔵されて構成してもよいし、ロボットの制御装置２０と独立して構成してもよい。

図２はロボットおよび機械内部の切粉の堆積状態を検出する検出装置を用いた工作機械の機内清掃装置が実行する処理のフローを示す図である。工作機械によるワークの加工終了後、前記ロボットを機内へ侵入させ、前記検出装置によって機内の状態を取得し、取得した情報を前記情報処理装置で処理し、清掃の必要な箇所の判定を行う。

以下、各ステップに従って説明する。
［ステップｓａ０１］既定回数の加工が終了したか否かを判断し、終了していれば（ＹＥＳ）ステップｓａ０２へ移行し、終了していなければ（ＮＯ）清掃不要として機内清掃を完了する。
［ステップｓａ０２］工作機械の機械内部を撮影する。
［ステップｓａ０３］工作機械の機械内部に切粉が堆積しているか否か判定し、堆積している場合（ＹＥＳ）にはステップｓａ０４へ移行し、堆積していない場合（ＮＯ）には清掃不要として機内清掃を完了する。
［ステップｓａ０４］工作機械の機械内部から切粉を除去するために機内清掃を行い、ステプｓａ０２に戻る。

ここで、機械内部の切粉の堆積状態を検出する検出装置を用いた清掃の必要な箇所の判定方法の例を説明する。
（１）テンプレート画像を用いる方法
検出装置として視覚センサ３を用いる。視覚センサ３により機械内部のワーク、テーブル６、スプラッシュガード７の底部を撮像する。ここで、切粉の堆積が無い状態で撮影した画像をテンプレートとして記憶し、ワークの加工後に撮影した画像と比較する。切粉の堆積箇所は画像の輝度がテンプレート画像と異なるため、両者の輝度差が予め設定された閾値以上である箇所を、清掃の必要な箇所と判断する。
（２）機内にマークを設ける方法
検出装置として視覚センサ３を用いる。図３はマークの配置例を示す図である。機内に特定のマーク１３やパターン（図示せず）を設けておき、加工後にマーク１３やパターンを認識できなくなった箇所を、清掃の必要な箇所と判断する。図３ではマーク１３がスプラッシュガード７の底面１２に設けられている。
（３）奥行き情報を用いる方法
検出装置として距離センサを用いる。距離センサは、対象までの奥行きを測定する装置であり、一般的な方式としては、対象に赤外線やレーザを投射し、光が対象との間を往復する時間から、距離を計算するものがある。切粉の堆積が無い状態の機内の奥行き情報と、加工後の奥行き情報を比較する。奥行きに閾値以上の変化があった箇所を、清掃の必要な箇所と判断する。

クーラントガン４などの、前記切粉除去手段を、ロボット２を用いて清掃の必要な箇所に移動させ、切粉の除去を行う。視覚センサ３や距離センサなどの、前記検出装置を用いて、再度機内の状態の取得、清掃の必要な箇所の判断を行い、切粉が正しく除去されているかの確認を行う。清掃後も、切粉の堆積が無い状態の画像と清掃後の画像の輝度差が閾値以上である場合、清掃が不十分と判断し、再度清掃を行う。これを、輝度差が閾値以下になり、切粉が除去されたと判断されるまで繰り返す。切粉の除去の繰り返し実行は、切粉除去装置の動作を繰り返し回ごとに動作を異ならせてもよい。例えば、噴射する流体の噴射圧を変更したり、噴射する流体の噴射圧を変動させたり、切粉の堆積箇所への流体の噴射方向を変えてもよい。また、流体と共に切粉を吸引する場合は、吸引する流体の吸引圧を変更したり、吸引する流体の吸引圧を変動させたり、切粉の堆積箇所への流体の吸引方向を変えてもよい。なお、噴射する流体は、清掃液の他にも、切削液や圧縮エア、またはそれらの混合したものなどが使用される。また、吸引する流体は、空気の他にも切削液なども含む。
切粉が除去されたと判断された後、次の工程へ移行する。

なお、視覚センサ３による機内の撮影や機内清掃は、必ずしも毎加工後に行われるわけではなく、事前に設定された回数の加工が行われた後に行われるものとする。これは、予め切粉の堆積が少なく清掃の必要がないとわかっている場合には、清掃装置を動作させず、清掃時間を削減するためである。

切粉の堆積箇所によっては、人手による切粉除去の方がロボットによる除去より早い場合もある。規定の回数や時間以上の繰り返しがあった場合は、人手による切粉除去を行うべきと判断し、切粉の堆積を操作者に通知してもよい。操作者に通知した領域を記憶、または予め操作者が人手による清掃箇所を登録しておき、前記検出装置によって該当領域に切粉堆積があると判断された場合、操作者に通知し、前記切粉除去手段による清掃時間を省いてもよい。いずれの場合も、工作機械は操作者によって切粉が除去された後、次工程に移行する。また、日中は操作者による切粉除去を行い、操作者のいない深夜などは前記切粉除去装置による清掃に切り替えてもよい。なお通知手段には、パトライト（登録商標）などを用いた堆積のみを通知する手段や、該当箇所の図示や領域毎に割り振った番号の表示など堆積箇所まで通知する手段を用いることができる。

図４はロボットおよび機械内部の切粉の堆積状態を検出する検出装置を用いた工作機械の機内清掃装置が実行する処理の他のフローを示す図である。工作機械によるワークの加工終了後、前記ロボットを機内へ侵入させ、前記検出装置によって機内の状態を取得し、取得した情報を前記情報処理装置で処理し、清掃の必要な箇所の判定を行う。さらに、切粉の堆積している場合であって、機内清掃が規定の回数、規定の時間、実行されていたときには、通知手段によって、切粉の堆積を操作者に通知する。

以下、各ステップに従って説明する。
［ステップｓｂ０１］既定回数の加工が終了したか否かを判断し、終了していれば（ＹＥＳ）ステップｓｂ０２へ移行し、終了していなければ（ＮＯ）清掃不要として機内清掃を完了する。
［ステップｓｂ０２］工作機械の機械内部を撮影する。
［ステップｓｂ０３］工作機械の機械内部に切粉が堆積しているか否か判定し、堆積している場合（ＹＥＳ）にはステップｓｂ０４へ移行し、堆積していない場合（ＮＯ）には清掃不要として機内清掃を完了する。

［ステップｓｂ０４］機内清掃の実施回数は、規定回数以下か否かを判定し、その実施回数が規定回数以下の場合（ＹＥＳ）にはステップｓｂ０５へ移行し、その実施回数が規定回数以下ではない場合（ＮＯ）にはステップｓｂ０９へ移行する。
［ステップｓｂ０５］機内清掃の実施時間は、規定時間以下の場合（ＹＥＳ）にはステップｓｂ０６へ移行し、その実施時間が規定時間以下ではない場合（ＮＯ）にはステップｓｂ０９へ移行する。

［ステップｓｂ０６］工作機械の機械内部から切粉を除去するために機内清掃を行い、ステップｓｂ０７へ移行する。
［ステップｓｂ０７］ステップｓｂ０６で行った機内清掃の実施回数をカウントし、ステップｓｂ０８へ移行する。
［ステップｓｂ０８］ステップｓｂ０６で行った機内清掃の実施時間をカウントし、ステップｓｂ０２に戻る。

［ステップｓｂ０９］機内清掃の実施回数を初期値にリセットする。
［ステップｓｂ１０］機内清掃の実施時間を初期値にリセットする。
［ステップｓｂ１１］機内清掃が未完了であることを操作者へ通知する。つまり、人手による切粉除去が必要なことを操作者に通知する。

図１ではスプラッシュガード７を備えた工作機械１が示されているが、スプラッシュガード７を用いない工作機械にも本発明は適用できる。また、図１では移動装置の例としてロボット２が示され、そのロボット２がスプラッシュガード７を備えた工作機械１の外部に設置されているが、この移動装置を設置する位置は、スプラッシュガード７を備えた工作機械１の内部とすることもできる。テーブルの上に堆積した切粉の除去にも本発明を適用できる。また、切粉除去装置は、流体を噴射するクーラントガンや流体を吸引する吸引ノズルだけではなく、ブラシやワイパー、または移動装置の筐体の一部を用いるなど、流体によらない手段を用いてもよい。

１工作機械
２ロボット
３視覚センサ
４クーラントガン
５ベッド
６テーブル
７スプラッシュガード
８ａ，８ｂ開閉扉
９ａ，９ｂ開口部
１０工具交換装置
１１コラム
１２スプラッシュガードの底面
１３マーク
１４堆積した切粉

２０ロボットの制御装置
２１情報処理装置

Claims

加工空間である機械内部を外部から隔離するカバーを有する工作機械の、前記カバー内部に堆積した切粉を除去する、機内清掃装置であって、
前記切粉を除去する切粉除去装置と、
前記切粉除去装置を把持可能な移動装置と、
前記機械内部の切粉の堆積状況を検出する検出装置と、
前記検出装置によって得られた前記切粉の堆積状況に係る情報を処理し、切粉除去が必要な箇所を判断する情報処理装置と、
前記情報処理装置によって切粉除去が必要と判断された箇所に切粉除去装置を移動させる前記移動装置の制御装置と、
を備えたことを特徴とする工作機械の機内清掃装置。
前記切粉除去装置により切粉の除去を行った後、前記検出装置によって機内の切粉の堆積状況を検出し、前記情報処理装置によって、切粉が除去されたと判断されるまで切粉の除去を繰り返し実行することを特徴とする請求項１に記載の工作機械の機内清掃装置。
前記切粉の除去の繰り返し実行は、前記切粉除去装置の動作を前回と異なる動作とすることを特徴とする請求項１または２の何れかに記載の工作機械の機内清掃装置。
前記切粉除去装置は、流体を噴出して切粉を除去することを特徴とする請求項１〜３の何れか一つに記載の工作機械の機内清掃装置。
前記切粉除去装置は、流体と共に切粉を吸引して切粉を除去することを特徴とする請求項１〜３の何れか一つに記載の工作機械の機内清掃装置。
前記移動装置は、ロボットであることを特徴とする請求項１〜５の何れか一つに記載の工作機械の機内清掃装置。
前記検出装置は、視覚センサであることを特徴とする請求項１〜６の何れか一つに記載の工作機械の機内清掃装置。
前記検出装置は、距離センサであることを特徴とする請求項１〜６の何れか一つに記載の工作機械の機内清掃装置。
前記検出装置は、前記移動装置に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜８の何れか一つに記載の工作機械の機内清掃装置。
前記情報処理装置は、前記移動装置の制御装置に内蔵されていることを特徴とする請求項１〜９の何れか一つに記載の工作機械の機内清掃装置。
前記機械内部にマークあるいはパターンを設け、前記情報処理装置は加工後に前記マークあるいは前記パターンを認識できない箇所を、清掃の必要な箇所と判断することを特徴とする請求項１〜６の何れか一つに記載の工作機械の機内清掃装置。
前記切粉除去装置によって切粉除去を行うか人手による切粉除去を行うかを判定し、人手による切粉除去が必要と判定した場合に切粉除去が必要な旨を通知する手段を有することを特徴とする請求項１〜１１の何れか一つに記載の工作機械の機内清掃装置。