JP7316111B2

JP7316111B2 - プレス加工シミュレーション装置

Info

Publication number: JP7316111B2
Application number: JP2019116994A
Authority: JP
Inventors: 寛之米山
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-06-25
Filing date: 2019-06-25
Publication date: 2023-07-27
Anticipated expiration: 2039-06-25
Also published as: CN112123331A; US20200406456A1; DE102020206462A1; JP2021005126A; US11673262B2

Description

本発明は、プレス加工シミュレーションに関する。

ワークを一対の金型（移動金型及び固定金型）で挟み込んでプレス加工するプレス機と、プレス機へのワークの供給及び排出を行うロボットとを備えるプレス加工システムが公知である。このようなプレス加工システムの生産性を向上するために、プレス機の移動金型が上死点に達する前に、固定金型との間に一定の空間が形成された時点で、ロボットによりワークの供給及び排出を行うよう、プレス機とロボットとを協調動作させることが望ましい。

プレス機とロボットとを協調動作させる技術としては、例えば特許文献１には、「ライン状に配置された複数の往復作動式機械のうち隣接する往復作動式機械間でワークを搬送ロボットで搬送するに際し、搬送ロボットの搬送部と往復作動式機械の作動部とが干渉しないように搬送ロボットの作動を制御する制御方法であって、前記往復作動式機械によるワーク加工時における前記作動部の位置を逐次検出し、前記作動部の各位置と該各位置にある該作動部と干渉しない該搬送部の各位置との関係が記憶されたデータテーブルに基づき、前記搬送ロボットの搬送部の作動を制御する、ことを特徴とする往復作動式機械用搬送ロボットの制御方法」が記載されている。

特許２００５－２１６１１２号公報

特許文献１の技術では、プレス機のメインギアの位相角と搬送ロボットのクロスバーの移動金型とぎりぎり干渉しない座標位置との関係を予め計算してデータテーブルに記憶させる。しかしながら、そのようなプレス加工システムにおいて、搬送ロボットのクロスバー以外の構成要素や搬送ロボットが保持するワークがプレス機に干渉する可能性もある。このため、プレス機とロボットとが協働するプレス加工システムにおけるロボットプログラムの適否を詳細に確認することができる技術が望まれる。

本開示の一態様に係るプレス加工シミュレーション装置は、ワークを搬送するロボットと、前記ワークを金型で挟み込んで加工するプレス機とを備えるプレス加工システムの動作を疑似的に確認するプレス加工シミュレーション装置であって、前記ロボットの動作を指定するロボットプログラムを記憶するロボットプログラム記憶部と、前記プレス機の動作を指定するプレスプログラムを記憶するプレスプログラム記憶部と、前記プレス機を実際に動作させたときの前記金型の時間毎の位置を記録したプロファイルデータに従う前記プレスプログラムを前記プレスプログラム記憶部に記憶させるプロファイルデータ設定部と、前記ワーク、前記ロボット及び前記プレス機の三次元モデルを仮想空間に配置するモデル配置部と、前記プレスプログラムに従って前記プレス機の三次元モデルを動作させるプレス動作処理部と、前記ロボットプログラムに従って前記ロボットの三次元モデルを動作させるロボット動作処理部と、を備える。

本開示に係るプレス加工シミュレーション装置によれば、プレス機とロボットとが協働するプレス加工システムにおけるロボットのプログラムの適否を詳細に確認することができる。

本開示の一実施形態のプレス加工シミュレーション装置の構成を示す模式図である。図１のプレス加工シミュレーション装置のモデル配置部が配置する三次元モデルを示す模式図である。図１のプレス加工シミュレーション装置のプロファイルデータ設定部が記憶するプロファイルデータを例示するグラフである。図１のプレス加工シミュレーション装置のプレスプログラム修正部によるプレスプログラムの修正例を示すグラフである。図１のプレス加工シミュレーション装置のプレスプログラム修正部によるプレスプログラムの図４とは異なる修正例を示すグラフである。図１のプレス加工シミュレーション装置のロボットプログラム記憶部に記憶されるロボットプログラムの目標位置を例示する模式図である。図１のプレス加工シミュレーション装置によるシミュレーションの手順を示すフローチャートである。

以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本開示の一実施形態のプレス加工シミュレーション装置１の構成を示す模式図である。プレス加工シミュレーション装置１は、例えばＣＰＵ、メモリ等を有するコンピュータ装置に適切なプログラムを実行させることにより実現することができる。

プレス加工シミュレーション装置１は、仮想空間情報保持部１１、モデル配置部１２、干渉検出部１３、プレスプログラム記憶部１４、プレス動作処理部１５、プロファイルデータ設定部１６、プレスプログラム修正部１７、ロボットプログラム記憶部１８、ロボット動作処理部１９、テンプレートプログラム設定部２０及びロボットプログラム修正部２１を備える。これらの構成要素は、その機能によって区別されるものであって、プログラム構造において明確に区分できるものである必要はない。

プレス加工シミュレーション装置１は、プレス加工システムの動作を仮想空間内で再現して疑似的に確認する装置、つまりプレス加工システムの動作をシミュレートする装置である。プレス加工シミュレーション装置により動作が再現されるプレス加工システムは、ワークを金型（移動金型及び固定金型）によって挟み込んで加工する１又は複数のプレス機と、ワークを保持して搬送し、ワークをプレス機に供給及びプレス機から排出するロボットとを備える構成とすることができる。プレス加工システムは、１つのワークを複数のプレス機によって段階的に成形する装置とすることができ、ロボットにより上流側のプレス機から下流側のプレス機にワークを移動させる構成とすることができる。プレス加工シミュレーション装置１は、シミュレーション結果に基づいて、プレス加工システムにおいてロボットを適切に動作させられるようなロボットプログラムを作成するロボットプログラミング装置である。

仮想空間情報保持部１１は、仮想空間内に配置される三次元モデルの情報を保持する。つまり、仮想空間情報保持部１１は、後述するモデル配置部１２によって配置されるワーク、プレス機及びロボットの三次元モデルの情報を記憶する。

モデル配置部１２は、図２に例示するように、ワークＷの三次元モデル、プレス機Ｐの三次元モデル及びロボットＲの三次元モデルを仮想空間内に配置、つまり仮想空間情報保持部１１に三次元モデルの情報を記憶させる。このため、モデル配置部１２はワークＷ、プレス機Ｐ及びロボットＲの形状及び軸構成を含む三次元モデルのモデリングに必要な情報を記憶している。

これらの三次元モデルは、現実のプレス加工システム互いに干渉し得る構成要素及びその動作の計算に必要な構成要素だけをモデル化したものとすることができる。具体例として、図２に示すように、プレス機Ｐの三次元モデルは、金型（移動金型Ｍ１及び固定金型Ｍ２）及び金型Ｍ１，Ｍ２を保持するテーブル（移動テーブルＴ１及び固定テーブルＴ２）のみからなるものとすることができる。また、ロボットＲの三次元モデルは、互いに連接されたベースＢ、複数のアームＡ１、Ａ２，Ａ３及びワークＷを保持するハンドＨを含むものとすることができる。

干渉検出部１３は、ワークＷ、プレス機Ｐ及びロボットＲの三次元モデルの相互の干渉を検出、つまりロボットＲの動作の適否を判断する。具体的には、干渉検出部１３は、三次元モデルの２以上が重なり合っている座標、及びその座標を含む三次元モデルを特定するよう構成され得る。

プレスプログラム記憶部１４は、プレス機Ｐの動作を指定するプレスプログラムを記憶する。

プレス動作処理部１５は、プレスプログラム記憶部１４に記憶されているプレスプログラムに従って、プレス機Ｐを動作、つまりプレス機Ｐの各構成要素、具体的には移動金型Ｍ１及び移動テーブルＴ１を仮想空間内で移動させる。

プロファイルデータ設定部１６は、現実のプレス機を実際に動作させたときの移動金型の時間毎の位置を記録したプロファイルデータに従うプレスプログラムをプレスプログラム記憶部１４に記憶させる。つまり、プロファイルデータ設定部１６は、現実のプレス機のプロファイルデータを記憶し、プレスプログラム記憶部１４に記憶するプレスプログラムを現実のプレス機のプロファイルデータに一致する動作を指定する内容に初期設定する。

図３に、プロファイルデータ設定部１６が記憶するプロファイルデータを例示する。図示する例では、移動金型の位置は、移動金型が固定金型に圧接される位置である下死点を原点として、移動金型を駆動する駆動軸の回転角度位置によって表されている。

プレスプログラム修正部１７は、現実のプレス機を動作させてプロファイルデータを記録したときのプレス機の動作条件と確認すべきプレス機の動作条件との違いに応じて、プレスプログラム記憶部１４に記憶されているプレスプログラムを修正する。

プレスプログラム修正部１７は、確認すべきプレス機のプレス加工のサイクルがプロファイルデータ記録時と異なる場合、図４に例示するように、プレスプログラム記憶部１４に記憶されているプレスプログラムを、プロファイルデータを時間軸方向に拡大又は縮小したプロファイルに従うプレスプログラムに修正してもよい。図４には、破線で示すプロファイルデータを時間軸方向に２倍に拡大することによりプレス加工のサイクルを１／２にする例（実線）、及びプロファイルデータを時間軸方向に１／２に縮小することによりプレス加工のサイクルを２倍にする例（一点鎖線）を示す。

また、プレスプログラム修正部１７は、図５に示すように、例えば移動金型が上死点にある時間の長さ、移動金型の移動速度等を修正できるよう構成されてもよい。図５には、グラフの立ち上がりを右側に平行移動させることにより移動金型が下死点から上死点に移動するタイミングを遅らせ、グラフの立ち下がりをより直線的になるよう変形させた結果として、移動金型が上死点にある時間を短くした例が図示されている。このような修正を行うため、プレスプログラム修正部１７は、プロファイルデータのグラフを画面に表示し、この画面上でユーザがマウス等を用いてグラフを変形させることによりプレスプログラムを修正できるよう構成されてもよい。

ロボットプログラム記憶部１８は、ロボットの動作を指定するロボットプログラムを記憶する。ロボットプログラムは、現実のロボットのプログラミングに用いられるものと同様のプロトコルによって記述される。具体的には、ロボットプログラムは、ハンド等の基準点を配置するべき目標位置（教示点）と、その目標位置に基準点を配置すべき時刻とを特定するものとすることができる。

ロボット動作処理部１９は、ロボットプログラム記憶部１８に記憶されているロボットプログラムに従って、ロボットＲを動作、つまりロボットＲの各構成要素Ｂ，Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ｈ及びロボットＲが保持しているワークＷを仮想空間内で移動させる。

テンプレートプログラム設定部２０は、ロボットプログラムの初期値として、ロボットＲの基準となる動作を指定するテンプレートプログラムをロボットプログラム記憶部１８に記憶させる。このため、テンプレートプログラム設定部２０は、予め設定されるテンプレートプログラムを記憶する。

図６に、テンプレートプログラム設定部２０が記憶するテンプレートプログラムの一例を模式的に示す。このテンプレートプログラムは、上流側のプレス機Ｐの固定金型Ｍ２上のワークＷをロボットＲにより取り出して下流側のプレス機Ｐの固定金型Ｍ２の上に配置する動作を行わせるためのロボットプログラムであり、ハンドＨの基準点を配置する８つの目標位置Ｑ１～Ｑ８を含む。

図６のテンプレートプログラムでは、第１目標位置Ｑ１を始点とし、第２目標位置Ｑ２で上流側のプレス機Ｐの固定金型Ｍ２の上にロボットＲのハンドＨを配置する。第３目標位置Ｑ３ではハンドＨをワークＷに当接させて保持し、第４目標位置Ｑ４に移動することでワークＷを固定金型Ｍ２から取り出す。そして、ハンドＨを第５目標位置Ｑ５に移動することでワークＷを下流側のプレス機Ｐの固定金型Ｍ２の上に配置し、ハンドＨを第６目標位置Ｑ６に移動することで固定金型Ｍ２の上にワークＷを載置する。第６目標位置Ｑ６でハンドＨにワークを解放させてから、ハンドＨを目標位置Ｑ７に移動することで固定金型Ｍ２及びワークＷからハンドＨ離間させる。そして、ハンドＨを目標位置Ｑ８に移動することで、ロボットＲを移動金型Ｍ１及び移動テーブルＴ１の移動範囲から退避させる。

ロボットプログラム修正部２１は、プレス動作処理部１５がプレスプログラムに従ってプレス機Ｐを動作させ、ロボット動作処理部１９がロボットプログラムに従ってロボットＲを動作させたときに、干渉検出部１３が検出したロボットＲとプレス機Ｐとの干渉を解消するようロボットプログラムを修正する。干渉検出部１３による干渉の検出とロボットプログラム修正部２１によるロボットプログラムの修正とは、ロボットプログラムの１の目標位置Ｑｎ（ｎは目標位置の番号）から次の目標位置Ｑｎ＋１に移動するまでのロボットＲ及びプレス機Ｐの動作を単位動作として行うことができる。

ロボットプログラム修正部２１は、目標位置Ｑｎから目標位置Ｑｎ＋１に移動する際にロボットＲ又はワークＷがプレス機Ｐに干渉したことが確認された場合、目標位置Ｑｎ＋１の座標を変更するようロボットプログラムを修正する。プレス加工シミュレーション装置１は、目標位置Ｑｎ＋１の座標を変更したならば、プレス動作処理部１５及びロボット動作処理部１９により、改めて目標位置Ｑｎから変更後の目標位置Ｑｎ＋１までの動作を行って、干渉検出部１３によりロボットＲ又はワークＷとプレス機Ｐとの干渉の有無を確認してもよい。つまり、プレス加工シミュレーション装置１は、目標位置ごとに、ロボットＲ又はワークＷとプレス機Ｐとの干渉を解消するようロボットプログラムを修正してもよい。

ロボットプログラム修正部２１は、干渉検出部１３が干渉を検出した場合、移動金型Ｍ１の移動方向、より詳しくは移動金型Ｍ１が固定金型Ｍ２に接近する方向に目標位置Ｑｎ＋１を移動させることが好ましい。目標位置Ｑｎ＋１を移動金型Ｍ１の移動方向に移動させることによって、ワークＷの固定金型Ｍ２への配置及び固定金型Ｍ２からの取り出しの方向を変化させないようにできる。

通常、移動金型Ｍ１の移動方向は、固定金型Ｍ２にワークＷを配置する方向及び固定金型Ｍ２からワークＷを取り出す方向と同じである。したがって、ロボットプログラム修正部２１は、目標位置Ｑｎ＋１を、１つ前の目標位置Ｑｎ又は１つ後の目標位置Ｑｎ＋２に向かって移動させることができる。この目標位置Ｑｎ＋１の移動量は、一定の距離としてもよく、目標位置Ｑｎ＋１から前の目標位置Ｑｎ又は次の目標位置Ｑｎ＋２までの距離に対して一定の比率としてもよい。

ロボットＲ又はワークＷとプレス機Ｐとの干渉を解消するための目標位置Ｑｎ＋１の移動量は、ワークＷを固定金型Ｍ２に干渉させない範囲で定める必要がある。このため、移動後の目標位置Ｑｎ＋１から前の目標位置Ｑｎ又は次の目標位置Ｑｎ＋２までの距離に下限値を設定してもよい。このような下限値により目標位置Ｑｎ＋１の移動によってロボットＲ又はワークＷとプレス機Ｐとの干渉を解消することができない場合には、目標位置Ｑｎに対する位置関係が金型の移動方向にない前の目標位置Ｑｎ又は次の目標位置Ｑｎ＋２の位置を移動金型Ｍ１の固定金型Ｍ２から離間する方向に移動させてもよい。これにより、ハンドＨが目標位置Ｑｎを通過する際の移動金型Ｍ１側へのオーバーシュートを抑制して、ロボットＲ又はワークＷとプレス機Ｐとの干渉を解消することができる。

具体例として、ロボットプログラム修正部２１は、図６のテンプレートプログラムにおいて、第１目標位置Ｑ１から第２目標位置Ｑ２に移動する際に干渉が検出されたときは、第２目標位置Ｑ２を固定金型Ｍ２の移動方向に、つまり第３目標位置Ｑ３に向かって移動させる。これにより、第１目標位置Ｑ１から第２目標位置Ｑ２に移動する際の干渉を解消することができる。

また、ロボットプログラム修正部２１は、図６のテンプレートプログラムにおいて、第３目標位置Ｑ３から第４目標位置Ｑ４に移動する際に干渉が検出されたときは、第４目標位置Ｑ４を固定金型Ｍ２の移動方向に、つまり第３目標位置Ｑ３に向かって移動させる。同様に、第４目標位置Ｑ４から第５目標位置Ｑ５に移動する際に干渉が検出されたときは、第５目標位置Ｑ５を第６目標位置Ｑ６に向かって移動させ、第６目標位置Ｑ６から第７目標位置Ｑ７に移動する際に干渉が検出されたときは、第７目標位置Ｑ７を第６目標位置Ｑ６に向かって移動させる。

さらに、ロボットプログラム修正部２１はロボットプログラムにおけるロボットＲの移動速度又は加速度を調整してもよい。ロボットＲの移動速度又は加速度を大きくすることにより、ロボットＲの移動時間を短縮することができる。これによって、プレス機Ｐの移動金型Ｍ１と固定金型Ｍ２との距離が大きい時間にロボットＲがワークを移動させることができるので、多様な条件でロボットＲ又はワークＷとプレス機Ｐとの干渉を解消することができる。

続いて、図７に、プレス加工シミュレーション装置１におけるロボットプログラムの修正手順を示す。ロボットプログラムの修正は、三次元モデル配置工程（ステップＳ１）と、プロファイルデータ設定工程（ステップＳ２）と、プレスプログラム修正工程（ステップＳ３）と、テンプレートプログラム書き込み工程（ステップＳ４）と、三次元モデル動作工程（ステップＳ５）と、干渉確認工程（ステップＳ６）と、ロボットプログラム修正工程（ステップＳ７）と、プログラム終了確認工程（ステップＳ８）と、を備える。

ステップＳ１の三次元モデル配置工程では、モデル配置部１２により、仮想空間情報保持部１１に仮想される仮想空間にロボットＲ、プレス機Ｐ及びワークＷの三次元モデルを配置する。

ステップＳ２のプロファイルデータ設定工程では、プロファイルデータ設定部１６により、プロファイルデータに基づくプレスプログラムをプレスプログラム記憶部１４に記憶させる。

ステップＳ３のプレスプログラム修正工程では、確認すべきプレス加工の要求に従って、プレスプログラム記憶部１４に記憶されているプレスプログラムを修正する。

ステップＳ４のテンプレートプログラム書き込み工程では、テンプレートプログラム設定部２０により、ロボットプログラム記憶部１８にロボットプログラムの初期値としテンプレートプログラムを書き込んで記憶させる。

ステップＳ５の三次元モデル動作工程では、プレス動作処理部１５によりプレスプログラム記憶部１４に記憶されているプレスプログラムに従ってプレス機Ｐの三次元モデルを動かすとともに、ロボット動作処理部１９によりロボットプログラム記憶部１８に記憶されているロボットプログラムに従ってロボットＲ及びワークＷの三次元モデルを動かす。

ステップＳ６の干渉確認工程では、干渉検出部１３により、プレス機Ｐの三次元モデルとロボットＲの三次元モデル又はワークＷの三次元モデルとの干渉の有無を確認する。干渉検出部１３が干渉を検出した場合にはステップＳ７に進み、干渉検出部１３が干渉を検出しなかった場合にはステップＳ８に進む。

ステップＳ７のロボットプログラム修正工程では、ロボットプログラム修正部２１により、プレス機Ｐの三次元モデルとロボットＲの三次元モデル又はワークＷの三次元モデルとの干渉を解消するよう、ロボットプログラム記憶部１８に記憶されているロボットプログラムを修正する。ステップＳ７でロボットプログラムを修正した場合には、ステップＳ５に戻ってロボットプログラムに従って三次元モデルを動作させる。

ステップＳ８のプログラム終了確認工程では、プレスプログラム及びロボットプログラムが最後まで実行されたか否かを確認する。プレスプログラム及びロボットプログラムが最後まで実行されていた場合には処理を終了し、プレスプログラム及びロボットプログラムの少なくとも一方の一部が未だ実行されていない場合にはステップＳ１５に戻ってプログラムの続きに従って三次元モデルを動作させる。

プレス加工シミュレーション装置１は、現実のプレス機Ｐを実際に動作させたときの金型Ｍ１，Ｍ２の時間毎の位置を記録したプロファイルデータに従うプレスプログラムをプレスプログラム記憶部１４に記憶させるプロファイルデータ設定部１６を備えるので、プレス機Ｐの三次元モデルの動作が現実のプレス機Ｐの動作に近似したものとなる。このため、プレス加工シミュレーション装置１は、ロボットプログラムの適否を詳細かつ正確に確認することができる。

また、プレス加工シミュレーション装置１は、干渉検出部１３及びロボットプログラム修正部２１を備えるので、適切なロボットプログラムを自動的に作成するロボットプログラミング装置として機能する。

さらに、プレス加工シミュレーション装置１は、ロボットプログラムの初期値として、ロボットＲの基準となる動作を指定するテンプレートプログラムをロボットプログラム記憶部１８に記憶させるテンプレートプログラム設定部２０を備えるので、適切なロボットプログラムを容易且つ確実に作成することができる。

以上、本開示に係るプレス加工シミュレーション装置の実施形態について説明したが、本開示に係るプレス加工シミュレーション装置は前述した実施形態に限るものではない。また、前述の実施形態に記載された効果は、本開示に係るプレス加工シミュレーション装置から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本開示に係るプレス加工シミュレーション装置による効果は、前述の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

本開示に係るプレス加工シミュレーション装置において、ロボットプログラムに関係する構成や、干渉を検出する構成は任意の構成である。本開示に係るプレス加工シミュレーション装置は、三次元モデルの動作を画面表示し、ユーザが画面上で干渉を認知し、ユーザの判断により干渉を解消するようなロボットプログラムの修正を行うものであってもよい。

本開示に係るプレス加工シミュレーション装置において仮想空間に三次元モデルを配置するプレス機及びロボットの数は、特に限定されない。例として、本開示に係るプレス加工シミュレーション装置は、１つのプレス機にワークを供給するロボットと、同じプレス機からワークを取り出すロボットとの三次元モデルを仮想空間内で動作させるものであってもよい。本開示に係るプレス加工シミュレーション装置において仮想空間内に配置される全てのプレス機及びロボットは、単一の時間軸上で協調動作する。

１プレス加工シミュレーション装置
１１仮想空間情報保持部
１２モデル配置部
１３干渉検出部
１４プレスプログラム記憶部
１５プレス動作処理部
１６プロファイルデータ設定部
１７プレスプログラム修正部
１８ロボットプログラム記憶部
１９ロボット動作処理部
２０テンプレートプログラム設定部
２１ロボットプログラム修正部

Claims

ワークを搬送するロボットと、前記ワークを金型で挟み込んで加工するプレス機とを備えるプレス加工システムの動作を疑似的に確認するプレス加工シミュレーション装置であって、
前記ロボットの動作を指定するロボットプログラムを記憶するロボットプログラム記憶部と、
前記プレス機の動作を指定するプレスプログラムを記憶するプレスプログラム記憶部と、
前記プレス機を実際に動作させたときの前記金型の時間毎の位置を記録したプロファイルデータに従う前記プレスプログラムを前記プレスプログラム記憶部に記憶させるプロファイルデータ設定部と、
前記ワーク、前記ロボット及び前記プレス機の三次元モデルを仮想空間に配置するモデル配置部と、
前記プレスプログラムに従って前記プレス機の三次元モデルを動作させるプレス動作処理部と、
前記ロボットプログラムに従って前記ロボットの三次元モデルを動作させるロボット動作処理部と、
を備える、プレス加工シミュレーション装置。
前記プロファイルデータを記録したときの前記プレス機の動作条件と確認すべき前記プレス機の動作条件との違いに応じて、前記プレスプログラムを修正するプレスプログラム修正部をさらに備える、請求項１に記載のプレス加工シミュレーション装置。