JP2005189215A - 波形表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 使用者が所望の演算式を入力して表示器に演算を行った結果を波形表示する波形表示装置を提供する。
【解決手段】 １乃至複数の演算式を入力しておく。複数のチャンネルから出力されたデータをサンプリングし（Ｓ０１）、入力された演算式を解析し（Ｓ０２）、この解析に基づいて１乃至複数の演算式に複数のチャンネルのデジタルデータを適用し（Ｓ０３）、得られた演算結果データを表示器に波形表示する（Ｓ０４）。入力された演算式に基づいて得られた演算結果を表示するものであるから、使用者が所望する演算結果を表示させることができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、複数のチャンネルからデジタルデータを収集し、収集した各チャンネルのデジタルデータを時系列で波形表示したり、複数のチャンネル間のデータを使って演算を行い、演算結果を波形表示する波形表示装置に関するものである。

数値制御装置等の各種制御装置においては、該制御装置が制御する制御対象の各種検出データを表示して、制御対象の状態を表示し監視、観察できるようにしているものが多い。この場合、制御対象の複数のチャンネルからデジタルデータを取得し、その波形を表示する波形表示装置においては、一般には、次のようなデータを内部配列に格納している。

サンプリングタイムをｔ、データインデックスをｎとしたとき、
時間データ（ｎ）＝ｔ×ｎ
第１チャンネルデータ（ｎ）＝ＣＨ１（ｎ）
第２チャンネルデータ（ｎ）＝ＣＨ２（ｎ）
・・・
のように格納している。

そして、通常、これらのデータを時系列のグラフに表示する場合は、
Ｘ（ｎ）＝時間データ（ｎ）
Ｙ１（ｎ）＝第１チャンネルデータ（ｎ）
Ｙ２（ｎ）＝第２チャンネルデータ（ｎ）
・・・
とし、ＸとＹ１又は、ＸとＹ２のデータの組み合わせをＸＹグラフにプロットすることで、波形表示を行っている。

また、第１チャンネルデータ、第２チャンネルデータが共に位置の次元を持つデータの場合、
Ｘ（ｎ）＝第１チャンネルデータ（ｎ）
Ｙ（ｎ）＝第２チャンネルデータ（ｎ）
とした場合には、ＸとＹのデータの組み合わせを使ってＸＹグラフにプロットすることで、２次元の位置の軌跡を表示することができる。

さらには、用途に応じて決まった演算を定義し、それに応じた結果を表示することも行っている。例えば、第１チャンネルで測定した位置データと、第２チャンネルで測定した位置データとの２つから、合成速度を求め、それを時系列で表示する場合では、
Ｘ（ｎ）＝時間データ（ｎ）

という処理を用意して、ＸとＹのデータの組み合わせを使ってＸＹグラフにプロットすることで波形表示を行っている。

複数のチャンネルで取得したデータ間の演算によって、あるデータ列を作り出し、それを用いて波形表示を行う場合に、これまでは、ある決まった演算（例えば、加算）には対応できたが、その範疇では扱うことのできない演算が必要である場合には、対応できなかった。このために、従来では、必要な演算を追加する毎に、データ処理方法（ソフトウェアアルゴリズム）を追加して対応しなければならなかったため、自由度がなかった。
そこで、本発明は、使用者が所望の演算式を入力して表示器に演算を行った結果を波形表示する波形表示装置を提供することを目的とする。

請求項１に係わる発明の波形表示装置は、複数のチャンネルから出力された信号を演算し、演算処理したデータを波形表示するものであって、上記課題を解決するために、前記複数のチャンネルから出力されたデータをサンプリングしてデジタルデータとして記憶するサンプリングデータ記憶手段と、１乃至複数の演算式を入力する演算式入力手段と、前記複数のチャンネルのうち、１乃至複数のチャンネルのデジタルデータを前記サンプリングデータ記憶手段から読み出して前記１乃至複数の演算式を適用する演算手段と、表示器とを具備し、前記演算手段が前記１乃至複数のチャンネルのデジタルデータに前記１乃至複数の演算式を適用して得られた演算結果データを前記表示器に波形表示することを特徴とする。

請求項２に係わる発明の波形表示装置は、前記波形表示において、第１軸を時間軸又は位置軸とし、第２軸を前記演算結果データとした。また、請求項３に係わる発明の波形表示装置は、前記波形表示において、第１軸を前記１乃至複数のチャンネルのデジタルデータに前記１乃至複数の演算式のうちいずれか１以上の演算式を適用して得られた第１の演算結果データとし、第２軸を前記１乃至複数のチャンネルのデジタルデータに前記１乃至複数の演算式のうちの他のいずれか１以上を適用して得られた第２の演算結果データとした。
請求項４に係わる発明の波形表示装置は、前記演算式を、加算、減算、乗算、除算、三角関数、累乗、平方根、指数関数、対数関数のうちのいずれか１つ、または、少なくとも２つ以上選ばれた演算の組合わせとした。
請求項５に係わる発明の波形表示装置においては、前記表示器を、工作機械を制御する数値制御装置の表示器とした。また、請求項６に記載波形表示装置においては、前記表示器を、パーソナルコンピュータの表示器とした。

本発明の波形表示装置によれば、使用者もしくはユーザーが希望する演算式を入力して表示器に演算結果を波形表示させることができるため、自由度が向上する。

図１は本発明の波形表示装置を適用した一実施形態の数値制御装置１０の要部ブロック図である。ＣＰＵ１１は数値制御装置１０を全体的に制御するプロセッサである。ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２に格納されたシステムプログラムを、バス１９を介して読み出し、該システムプログラムに従って数値制御装置全体を制御する。ＲＡＭ１３には一時的な計算データや表示データ及びＣＲＴや液晶等で構成される表示器とキーボート等で構成される手動入力手段とからなる表示器／手動入力ユニット２０を介してオペレータが入力した各種データが格納される。この実施形態において、表示器／手動入力ユニット２０は、請求項１に記載の演算式入力手段を兼ねるものであり、表示器／手動入力ユニット２０によりユーザーが所望の演算式（１乃至複数の演算式）を入力する。

ＣＭＯＳメモリ１４は図示しないバッテリでバックアップされ、数値制御装置１０の電源がオフされても記憶状態が保持される不揮発性メモリとして構成される。ＣＭＯＳメモリ１４中には、インターフェイス１５を介して読み込まれた加工プログラムや表示器／手動入力ユニット２０を介して入力された加工プログラム等が記憶される。また、この実施形態において、ＣＭＯＳメモリ１４には、表示器／手動入力ユニット２０を介して入力された１乃至複数の演算式が記憶される。また、ＲＯＭ１２には、加工プログラムの作成及び編集のために必要とされる編集機能や後述する１乃至複数のチャンネルのデジタルデータに１乃至複数の演算式を適用して得られた演算結果データを表示器／手動入力ユニット２０の表示画面の波形表示エリアに波形表示する波形表示処理を実施するための各種システムプログラムが予め格納されている。

インターフェイス１５は、数値制御装置１０と外部機器との接続を可能とするものである。ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）１６は、数値制御装置１０に内蔵されたシーケンスプログラムで制御対象物の工作機械の補助装置（例えば、工具交換用のロボットハンドといったアクチュエータ）にＩ／Ｏユニット１７を介して信号を出力し制御する。また、数値制御装置で制御される制御対象物である工作機械の本体に配備された操作盤の各種スイッチ等の信号を受け、必要な信号処理をした後、ＣＰＵ１１に渡す。

各軸の軸制御回路３０〜３２はＣＰＵ１１からの各軸の移動指令量を受けて、サーボアンプ４０〜４２を介して機械（制御対象物）の各軸のサーボモータ５０〜５２を駆動する。各軸のサーボモータ５０〜５２は位置・速度検出器を内蔵し、この位置・速度検出器からの位置・速度フィードバック信号を軸制御回路３０〜３２にフィードバックし、位置・速度のフィードバック制御を行う。なお、図１では、位置・速度のフィードバックについては省略している。また、各軸制御回路３０〜３２には、位置のフィードバック信号に基づいて各サーボモータ５０〜５２の現在位置を記憶する現在位置レジスタが従来と同様に設けられているが、図１では図示していない。さらに、この図１で示す例では、第１チャンネル（軸制御回路３０及びサーボアンプ４０の系列）に回転送り軸の回転軸を駆動するサーボモータ５０を接続し、第２チャンネル（軸制御回路３１及びサーボアンプ４１の系列）に送り軸の第１の直線軸（Ｘ軸）を駆動するサーボモータ５１を接続し、第３チャンネル（軸制御回路３２及びサーボアンプ４２の系列）に送り軸の第２の直線軸（Ｙ軸）を駆動するサーボモータ５２を接続している。

また、スピンドル制御回路６０は主軸回転指令を受け、スピンドルアンプ６１にスピンドル速度信号を出力する。スピンドルアンプ６１はスピンドル速度信号を受けて、主軸モータ６２を指令された回転速度で回転させる。ポジションコーダ６３は、主軸モータ６２の回転に同期して帰還パルスをスピンドル制御回路６０にフィードバックし、速度制御を行う。

以上のように構成された数値制御装置１０における波形表示について説明する。まず、ユーザは、表示器／手動入力ユニット２０の表示画面の波形表示エリアでのＸ軸（横軸）に相当するデータ列Ｘ（ｎ）、Ｙ軸（縦軸）に相当するデータ列Ｙ（ｎ）を指定した演算式を表示器／手動入力ユニット２０から入力する。なお、演算式は、加算、減算、乗算、除算、三角関数、累乗、平方根、指数関数、対数関数のうちのいずれか１つ、または、少なくとも２つ以上選ばれた演算の組合わせが入力可能としてある。

一例を掲げると、図２に示すように、この数値制御装置１０で制御される工作機械の回転軸（第１チャンネル）をサーボモータ５０で駆動してワークを回転させ、第１の直線送り軸（第２チャンネル）をサーボモータ５１で駆動してカッタを直線移動させ、且つ、回転軸と直線軸とを同期して動作させて２次元形状を切削する場合において、その加工の刃物先端の動きを観測する場合、ワークを固定して回転させる回転軸の角度データである第１チャンネルの位置データ（サーボモータ５０の現在位置を記憶する現在値レジスタの値）とし、ワークを切削するカッタの直動方向の直線軸の位置データ（サーボモータ５１の現在位置を記憶する現在値レジスタの値）を第２チャンネルのデータとし、これらのデジタルデータをサンプリングしてデジタルデータとして記憶する。

そして、波形表示を行うときのＸ軸（横軸）、Ｙ軸（縦軸）に相当するデータを与える演算式を、
Ｘ＝第２チャンネル×ｃｏｓ（第１チャンネル）
Ｙ＝第２チャンネル×ｓｉｎ（第１チャンネル）
として表示器／手動入力ユニット２０から入力する。

各サンプリング点に関して第１チャンネル、第２ャンネルから取得したデータに対して上記演算式を適用して得られた演算結果データ、即ち、Ｘ（横軸）とＹ（縦軸）のデータ列の組をＸＹグラフにプロットすることで波形表示行うと、ワークの形状波形を表示することができる。

図３は、数値制御装置１０のＣＰＵ１１が実行する波形表示処理のフローチャートである。波形表示指令が入力されていると、ＣＰＵ１１は図３に示す処理を所定のサンプリング周期毎に実行する。まず、各チャンネルのデータを取得する（ステップＳ０１）。即ち、各軸（サーボモータ５０，５１，５２）の現在値レジスタの値を読み込んでデータインデックスｎ（初期値を「１」とする）に対応付けして記憶する。次いで、ＣＰＵ１１は、ＣＭＯＳメモリ１４に記憶されている入力された１乃至複数の演算式を解析する（ステップＳ０２）。即ち、表示画面のＸ軸（横軸）並びにＹ軸（縦軸）のそれぞれについて、文字列として与えられた演算式を読み取って、被演算チャンネルの特定、演算子の種類の特定、演算順番の特定を行う。
例えば、次のような演算式
Ｘ＝（ＣＨ１＋ＣＨ２）／２
が与えられた場合について説明すると、この場合、演算式解析処理は、次のような解析を行う。即ち、被演算チャンネルとして、チャンネル１とチャンネル２を使用、演算子として加算と除算を使用、まずチャンネル１とチャンネル２の加算を行い、その後、定数「２」による除算を行う。最終演算結果は、Ｘという配列に保存。演算式解析処理の結果に従って、実際の演算を実施することになる。なお、演算式として、加算、減算、乗算、除算、三角関数、累乗、平方根、指数関数、対数関数を使った演算内容を解析可能とする。

次に、ＣＰＵ１１は、演算式に従ってグラフに表示するＸ軸データ、Ｙ軸データを計算する（ステップＳ０３）。そして、計算によって得られたＸ軸データ、Ｙ軸データの組合わせをＸＹグラフにプロットすることで、表示器／手動入力ユニット２０の表示器の表示画面に波形表示する（ステップＳ０４）。以上で、波形表示処理の１周期が終了する。

なお、波形表示処理を、切削加工の開始に伴って自動的に実行開始するようにしてもよい。例えば、切削加工の開始に伴って実行フラグをセットし、切削が終了すると該実行フラグをリセットし、実行フラグがセットされている場合に上記ステップＳ０１〜ステップＳ０４の各処理を所定のサンプリング周期で実行するようにしてもよい。

工作機械において、回転軸と直線軸とを同期して動作させて２次元形状を切削するとき、波形表示を行うとき、図４に示す例では、Ｘ軸を時間軸としＸ＝ｔ（ｎ）、Ｙ軸をカッタの直線軸位置と回転軸の角度位置とし、Ｙ＝第２チャンネル、及びＹ＝第１チャンネルとしたもので、直線軸の第２チャンネルのデータは、図４では実線で表している正弦波形に類似のサンプリングデータの波形を表している。又、第１チャンネルの回転軸の角度位置のデータは図４では鎖線で表している概略直線の波形を表している。なお、Ｙ軸に対して記している数値は、左側が回転軸の角度位置（ｄｅｇ）、右側が直線軸位置である。この図４に示すような表示画面からは、直線軸が往復動していることと、回転軸が一様に一方向に回転していることが理解される程度である。

図５は、Ｘ軸を時間軸としＸ＝ｔ（ｎ）、Ｙ＝第２チャンネル×ｃｏｓ（第１チャンネル）＝直線軸位置×ｃｏｓ（回転軸角度）（図５では実線で表している）、及びＹ＝第２チャンネル×ｓｉｎ（第１チャンネル）＝直線軸位置×ｓｉｎ（回転軸角度）として（図５では鎖線で表している波形）として、表示させたものであり、この図５からは、回転軸と直線軸の合成によって作られる仮想Ｘ軸、仮想Ｙ軸の位置を読み取ることができる。

図６は、Ｘ軸、Ｙ軸に相当するデータを与える演算式を、Ｘ＝第２チャンネル×ｃｏｓ（第１チャンネル）＝直線軸位置×ｃｏｓ（回転軸の回転角）、Ｙ＝第２チャンネル×ｓｉｎ（第１チャンネル）＝直線軸位置×ｓｉｎ（回転軸の回転角）として入力し、表示させたものであり、回転軸と直線軸とを同期して動作させて切削したワークの２次元形状波形が表されている。
以上のように、入力する演算式に基づいてその演算結果が表示器の表示画面に表示されることになるから、作業員が所望する任意の演算結果データのグラフ表示を行うことができる。

以上に説明した実施形態では、波形表示を数値制御装置１０の表示器／手動入力ユニット２０の表示画面に表示しているが、パーソナルコンピュータを数値制御装置１０と接続し、波形表示をパーソナルコンピュータの表示画面に表示するようにしてもよい。

又、上述した実施形態では、送り軸が３軸（チャンネルが３つ）の工作機械で、そのうち２軸のデータを使用する例を説明したが、制御するチャンネル数が多い場合、所望の演算式を入力し、所望のチャンネルを選択し、そのデータを用いて演算し、グラフ表示させることによって、使用者が所望するデータに対して所望する形態でのグラフ表示をさせることができるものである。

本発明の波形表示装置を適用した一実施形態の数値制御装置の要部ブロック図である。 工作機械において、回転軸と直線軸とを同期して動作させて２次元形状を切削することを示す図である。 実施形態の数値制御装置のＣＰＵが実行する波形表示処理のフローチャートである。 Ｘ軸を時間軸とし、Ｙ軸をカッタの直線軸位置、ワークの回転軸の角度位置としたサンプリングデータの波形を表すグラフである。 Ｘ軸を時間軸とし、Ｙ軸をカッタの直線軸位置×ｃｏｓ（回転軸角度）、カッタの直線軸×ｓｉｎ（回転軸角度）とした演算結果データの波形を表すグラフである。 Ｘ軸をカッタの直線軸位置×ｃｏｓ（回転軸角度）とし、Ｙ軸をカッタの直線軸×ｓｉｎ（回転軸角度）とした演算結果データの波形を表すグラフである。

符号の説明

１０ 数値制御装置
１１ ＣＰＵ
１２ ＲＯＭ
１３ ＲＡＭ
１４ ＣＭＯＳメモリ
１５ インターフェース
１６ ＰＭＣ
１７ Ｉ／Ｏユニット
１８ インターフェース
１９ バス
２０ 表示器／手動入力ユニット
３０ 軸制御回路
３１ 軸制御回路
３２ 軸制御回路
４０ サーボアンプ
４１ サーボアンプ
４２ サーボアンプ
５０ サーボモータ（ｘ軸）
５１ サーボモータ（ｙ軸）
５２ サーボモータ（ｃ軸）
６０ スピンドル制御回路
６１ スピンドルアンプ
６２ 主軸モータ
６３ ポジションコーダ

Claims (6)

1. 複数のチャンネルから出力された信号を演算し、演算処理したデータを波形表示する波形表示装置であって、前記複数のチャンネルから出力されたデータをサンプリングしてデジタルデータとして記憶するサンプリングデータ記憶手段と、１乃至複数の演算式を入力する演算式入力手段と、前記複数のチャンネルのうち、１乃至複数のチャンネルのデジタルデータを前記サンプリングデータ記憶手段から読み出して前記１乃至複数の演算式を適用する演算手段と、表示器とを具備し、前記演算手段が前記１乃至複数のチャンネルのデジタルデータに前記１乃至複数の演算式を適用して得られた演算結果データを前記表示器に波形表示することを特徴とする波形表示装置。
2. 前記波形表示は、第１軸を時間軸又は位置軸とし、第２軸を前記演算結果データとしたことを特徴とする請求項１に記載の波形表示装置。
3. 前記波形表示は、第１軸を前記１乃至複数のチャンネルのデジタルデータに前記１乃至複数の演算式のうちいずれか１以上の演算式を適用して得られた第１の演算結果データとし、第２軸を前記１乃至複数のチャンネルのデジタルデータに前記１乃至複数の演算式のうちの他のいずれか１以上を適用して得られた第２の演算結果データとしたことを特徴とする請求項１の波形表示装置。
4. 前記演算式は、加算、減算、乗算、除算、三角関数、累乗、平方根、指数関数、対数関数のうちのいずれか１つ、または、少なくとも２つ以上選ばれた演算の組合わせであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の波形表示装置。
5. 前記表示器は、工作機械を制御する数値制御装置の表示器であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちのいずれか１つに記載の波形表示装置。
6. 前記表示器は、パーソナルコンピュータの表示器であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちのいずれか１つに記載の波形表示装置。
   

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