CN104007695A - 具备与设定条件对应的检索功能的波形显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明的波形显示装置对具有由数值控制装置控制的伺服电动机的机床的时序的物理量数据进行波形显示。波形显示装置具备：时序数据取得部，其取得时序的物理量数据；检索条件设定部，其设定物理量数据的检索条件；数据检索部，其从通过时序数据取得部取得的物理量数据中检索满足通过检索条件设定部设定的检索条件的物理量数据；检索结果显示部，其从通过时序数据取得部取得的物理量数据中，对包含通过数据检索部检索出的物理量数据或与该物理量数据对应的其他物理量数据的预定范围内的时序的物理量数据进行波形显示。

Description

具备与设定条件对应的检索功能的波形显示装置

技术领域

本发明涉及一种波形显示装置，其从伴随着时间经过而变化的时序的物理量数据中检索并显示符合设定条件的数据。

背景技术

目前已知一种装置，其存储作为测定结果的波形数据，另一方面，根据用户的按键操作而设定波形数据的异常区域，判定所存储的波形数据是否位于异常区域内，如果判定为在异常区域内有波形数据，则对该异常区域内的波形数据依次地进行波形显示。例如在日本专利第3575019号公报（JP3575019B）中记载了该装置。

但是，在如JP3575019B所记载的装置那样设定异常区域并判定波形数据的异常有无的方法中，难以优选地设定异常区域，有可能无法得到希望的波形数据。另外，如JP3575019B所记载的装置那样，只是显示成为异常区域的判定对象的波形数据，则用户无法掌握相当于异常区域的波形数据和异常区域所对应的时间区域内的其他波形数据之间的关联性。

发明内容

作为本发明的一个形式的波形显示装置，其对具有由数值控制装置控制的伺服电动机的机床中伴随着时间经过而变化的时序的物理量数据进行波形显示，该波形显示装置具备：时序数据取得部，其取得时序的物理量数据；检索条件设定部，其设定物理量数据的检索条件；数据检索部，其从通过时序数据取得部取得的物理量数据中检索满足检索条件设定部所设定的检索条件的物理量数据；检索结果显示部，其从通过时序数据取得部取得的物理量数据中，提取包含通过数据检索部检索出的物理量数据或与该物理量数据对应的其他物理量数据的预定范围内的时序的物理量数据，将提出的物理量数据进行波形显示。

附图说明

根据与附图关联的以下的实施方式的说明，能够进一步了解本发明的目的、特征和优点。

图1是表示本发明的实施方式的波形显示装置的主要部分结构的框图。

图2是表示应用本发明的实施方式的波形显示装置的机床的主要部分结构的图。

图3是表示作为图1的输入部的一个例子的操作面板的图。

图4是表示通过图1的时序数据取得部取得的物理量数据的一个例子的图。

图5A是表示通过图1的检索结果显示部显示的显示图像的一个例子的图。

图5B是表示通过图1的检索结果显示部显示的显示图像的一个例子的图。

图5C是表示通过图1的检索结果显示部显示的显示图像的一个例子的图。

图5D是表示通过图1的检索结果显示部显示的显示图像的一个例子的图。

图6是表示在图1的波形显示装置中执行的处理的一个例子的流程图。

图7是表示图1的变形例子的框图。

图8是表示在图7的波形显示装置中执行的处理的一个例子的流程图。

图9A是表示通过图7的检索结果显示部进行显示的显示图像的一个例子的图。

图9B是表示通过图7的检索结果显示部进行显示的显示图像的一个例子的图。

图9C是表示通过图7的检索结果显示部进行显示的显示图像的一个例子的图。

图9D是表示通过图7的检索结果显示部进行显示的显示图像的一个例子的图。

图10是表示图1的时序数据取得部的变形例子的图。

图11是表示通过图10的时序数据取得部取得的工具前端点的位置和速度的时序数据的一个例子的图。

图12是表示图1的时序数据取得部的其他变形例子的图。

图13是表示通过图12的时序数据取得部取得的工具前端点的移动轨迹和误差数据的一个例子的图。

具体实施方式

以下，参照图1～图9D说明本发明的波形显示装置的一个实施方式。图1是概要地表示本发明的实施方式的波形显示装置10的主要部分结构的框图。波形显示装置10接受来自控制机床1的数值控制装置2的信号，对符合预定条件的机床1的时序的物理量数据进行波形显示。

图2是表示机床1的主要部分结构的图。如图2所示，机床1例如是5轴垂直的加工中心，其构成为工具102能够相对于台101向垂直3轴方向（X轴方向、Y轴方向、Z轴方向）以及旋转2轴方向（A轴方向、B轴方向）进行相对移动。即，机床1具备：安装工件的台101；能够经由直线进给机构相对于台101向X轴方向和Y轴方向移动的基座103；立放在基座上的柱子104；经由直线进给机构相对于柱子104进行升降的升降部105；经由旋转进给机构被支持在升降部105上而能够向以Y轴为中心的B轴方向进行旋转的旋转部106；经由旋转进给机构被支持在旋转部106上而能够向以X轴方向为中心的A轴方向进行旋转的主轴107；能够旋转地安装在主轴107上的工具102。

如图1所示，X轴用、Y轴用和Z轴用的直线进给机构分别具有X轴用、Y轴用和Z轴用的伺服电动机1a、1b、1c，A轴用和B轴用的旋转进给机构分别具有A轴用和B轴用的伺服电动机1d、1e。各伺服电动机1a～1e依照预先确定的加工程序，由数值控制装置2进行控制（例如反馈控制）。向数值控制装置2输入来自检测各进给轴的位置的位置检测部3（线性标尺等）的信号。位置检测部3也可以由内置在伺服电动机1a～1e中的旋转编码器构成。

波形显示装置10包含具有CPU、ROM、RAM、其他外围电路等的运算处理装置而构成，作为功能性结构具备时序数据取得部11、检索条件设定部12、数据检索部13、检索结果显示部14。波形显示装置10连接由用户输入各种条件的输入部4、显示各种信息的显示监视器5。此外，也可以不是独立地构成输入部4和显示监视器5，而是在检索条件设定部12中包含输入部4的功能，在检索结果显示部14中包含显示监视器5的功能。

时序数据取得部11取得从位置检测部3输入到数值控制装置2的物理量数据、或数值控制装置2自身所具有的物理量数据。物理量数据例如是伺服电动机1a～1e的位置、速度、加速度、扭矩、伺服放大器的电流、电压等、机床1动作时伴随着时间经过而变化的物理量的时序数据，是与时刻数据对应的数据。

检索条件设定部12检索显示在显示监视器5上的物理量数据的检索条件。即，首先从通过时序数据取得部11取得的各种物理量数据中设定作为检索对象的物理量的种类（位置、速度等）。然后，针对作为该检索对象的物理量设定检索条件。检索条件例如是物理量的极大值、极小值、最大值、最小值。也可以将预定的物理量的值或物理量的范围设定为检索条件。可以通过输入部4的操作来设定检索对象和检索条件。此外，作为广义的含义，检索条件包含检索对象和检索条件两者。

图3是表示作为输入部4的一个例子的操作面板20的图。如图3所示，操作面板20具备输入检索对象的检索对象输入部21、输入检索条件的检索条件输入部22，由触摸屏构成。在该操作面板20上设置有多个检索对象输入部21，能够从预先确定的选择对象的候选中选择多个检索对象（检索对象1、检索对象2）。另外，针对各检索对象设置多个检索条件输入部22，能够从预先确定的检索条件的候选中选择多个检索条件（多个检索条件1、多个检索条件2）。在同时选择多个检索条件或同时选择多个检索对象的情况下，对操作面板20上的“与（AND）”进行操作，在不同时选择的情况下，操作“或（OR）”。此外，在图3中，选择加速度作为检索对象，选择极大值作为检索条件。

进而，在操作面板20上设置将通过检索对象输入部21和检索条件输入部22设定的多个检索条件进行组合而设定最终的检索条件的条件输入部23。在条件输入部23中，能够从以下的检索条件中选择一个作为最终的检索条件，即例如同时满足对检索对象1设定的检索条件1和对检索对象2设定的检索条件2的双方的检索条件、满足检索条件1和检索条件2的至少一方的检索条件、不满足检索条件1和检索条件2的任意一个的检索条件、满足检索条件1并且不满足检索条件2的检索条件、满足检索条件2并且不满足检索条件1的检索条件。

图1的数据检索部13从通过时序数据取得部11取得的物理量数据中检索满足通过检索条件设定部12设定的检索条件（最终的检索条件）的物理量数据。图4是表示通过时序数据取得部11取得的加速度（实线）和速度（虚线）的时序数据的一个例子的图。例如，如果如图3所示，选择加速度作为检索对象，选择极大值作为检索条件，则数据检索部13从物理量数据中检索加速度的最大值的数据（图4的P1～P4），将与该极大值对应的时刻数据（t1、t2、t3、t4）存储在存储器中。此外，图中的（a1、a2、a3、a4）是与各时刻数据（t1、t2、t3、t4）对应的极大值数据。

图1的检索结果显示部14读入由数据检索部13存储的时刻数据，从由时序数据取得部11取得的作为检索对象的物理量数据中提取包含各时刻数据的预定时间Δt内的物理量数据。另外，将提取出的物理量数据的图像放大显示在显示监视器5上。

图5A～图5D是表示通过检索结果显示部14显示的显示图像的一个例子的图。该图是选择加速度作为检索对象、选择极大值作为检索条件的情况下的例子，放大显示出图4的极大值P1～P4附近的物理量数据（图4的虚线范围）。以检索出极大值的时刻（t1、t2、t3、t4）为中心在其前后设定预定时间Δt。可以经由输入部4设定预定时间Δt。此外，在图5A、图5C中，还同时显示出与极大值对应的正速度的时序数据（虚线）。

检索结果显示部14将符合检索条件的时序数据、即图5A～图5D的图像依次地显示在显示监视器5上。例如，在通过输入部4输入了检索结果显示指令后，从检索出的时刻早的数据开始顺序地在每个预定时间连续地进行显示。即，按照图5A、图5B、图5C、图5D的顺序自动地更新显示图像。此外，也可以不是自动地在每个预定时间更新显示图像，而是在每次用户经由输入部4输入图像更新指令时，逐张地更新图像。也可以通过缩略图像一览地显示符合检索条件的物理量数据的图像。还可以由用户从一览显示中选择图像，放大显示该选择图像。

图6是表示通过波形显示装置10的CPU所执行的处理的一个例子的流程图。例如如果经由输入部4输入了波形显示指令，则开始该流程图所示的处理。

在步骤S1中，检索条件设定部12设定成为检索对象的物理量的种类、该物理量数据应该满足的检索条件。即，设定通过操作面板20的操作而输入的检索对象（例如加速度）和检索条件（例如极大值）。在有多个检索对象的情况下，还根据经由条件输入部23输入的指令，设定这些多个检索对象的组合模式。

在步骤S2中，数据检索部13从通过时序数据取得部11取得的作为检索对象的物理量数据中检索满足检索条件的物理量数据（例如图4的P1～P4）。进而，检索与该物理量数据对应的时刻数据（例如图4的t1、t2、t3、t4），存储在存储器中。

在步骤S3中，检索结果显示部14读入通过数据检索部13存储的时刻数据。然后，从通过时序数据取得部11取得的物理量数据中提取该时刻数据附近的时序的物理量数据、即包含时刻数据的预定时间Δt内的波形数据，显示在显示监视器5上。在该情况下，例如在如图5A～图5D所示那样存在多个提取出的波形数据时，依次地显示这些多个波形数据。

以上，数据检索部13从通过时序数据取得部11取得的物理量数据中检索符合检索条件的物理量数据，但也可以例如通过峰值检测部检测极大值、极小值等峰值。图7是表示具有峰值检测部的波形显示装置10的一个例子的框图。

在图7中，波形显示装置10还具备峰值检测部15和检索结果整理部16。通过时序数据取得部11取得的物理量数据被读入到峰值检测部15。峰值检测部15将时序的物理量数据的增加比例从正变为负的时刻和从负变为正的时刻作为峰值时刻存储在存储器中。数据检索部13在将极大值或极小值设定为检索条件的情况下，读入由满足该检索条件的峰值检测部15检测出的峰值时刻，并且从通过时序数据取得部11取得的物理量数据中检索并读入该峰值时刻的物理量数据。

检索结果整理部16对通过数据检索部13检索出的物理量数据的值的大小进行比较，根据其比较结果按照预定的顺序排序物理量数据和时刻数据的组合。例如，按照物理量大的顺序（降序）或小的顺序（升序）排序数据。可以由用户预先经由输入部4设定排序的条件。检索结果显示部14依照通过检索结果整理部16排序的数据的顺序依次显示包含各个物理量数据的预定时间Δt内的波形数据。

图8是表示在图7的波形显示装置10中执行的处理的一个例子的流程图。与图6同样，例如如果经由输入部4输入了波形显示指令，则开始该流程图所示的处理。

在步骤S11中，峰值检测部15检索物理量数据的增加比例从正变为负的时刻（例如图4的t1、t2、t3、t4）和从负变为正的时刻，将该时刻数据存储在存储器中。在步骤S12中，与图6的步骤S1同样，设定检索对象和检索条件。在步骤S13中，与图6的步骤S2同样，检索满足检索条件（例如极大值）的物理量数据，将与该物理量数据对应的时刻数据（t1、t2、t3、t4）存储在存储器中。

在步骤S14中，检索结果整理部16依照经由输入部4而设定的排序条件，对通过数据检索部13检索出的物理量数据进行排序。例如，通过数据检索部13检索图4的峰值P1～P4，对于各峰值的大小假设存在a3>a1>a2>a4的大小关系。这时，如果将降序设定为数据的排序的条件，则检索结果整理部16按照t1、t2、t3、t4的顺序将通过数据检索部13所存储的时刻数据t1～t4进行排序。

在步骤S15中，检索结果显示部14依照通过检索结果整理部16排序的数据的顺序，将包含各个物理量数据的预定时间Δt内的波形数据依次显示在显示监视器5上。图9A～图9D是表示显示在显示监视器5上的图像的显示顺序的一个例子的图。在此，假定如上述那样按照t1、t2、t3、t4的顺序排序了时刻数据t1～t4。在该情况下，按照图9A、图9B、图9C、图9D的顺序依次地显示与时刻数据t1～t4对应的波形数据的图像。

根据本实施方式，能够起到以下的作用效果。

（1）波形显示装置10具备：时序数据取得部11，其取得时序的物理量数据；检索条件设定部12，其设定物理量数据的检索条件；数据检索部13，其检索满足检索条件的物理量数据；检索结果显示部14，其对包含检索出的物理量数据的预定时间Δt内的时序的物理量数据进行波形显示。

由此，用户能够容易地掌握希望的物理量在预定条件下的状态，能够尽早地发现机床1动作时的异常的有无等。即，只通过由用户设定检索对象和检索条件，波形显示装置10就自动地检索并显示符合检索对象和检索条件的时序的物理量数据。因此，用户能够从由时序数据取得部11取得的全部物理量数据中容易地得到希望的波形数据。

（2）能够通过操作面板20的操作同时设定多个检索对象和多个检索条件，通过数据检索部13检索同时满足多个检索条件的物理量数据，因此用户能够容易地掌握组合了多个检索条件的希望的波形数据。例如，能够对同时测定的检索对象不同的多个波形数据分别设定检索条件，显示它们重复的波形数据，能够高效地得到希望的波形数据。

（3）在设置了检测物理量数据的值的增加比例从正到负或从负到正进行变化的峰值时刻的峰值检测部15（图7）的情况下，物理量数据的峰值的检索变得容易。

（4）在设置了根据物理量数据的值的大小来排序多个物理量数据的检索结果整理部16（图7）的情况下，用户能够从重要性高（或低）的数据或最接近（或远离）预定的限制值的数据开始依次进行确认，能够高效地确认数据。

（变形例子）

在上述实施方式中，时序数据取得部11从数值控制装置2读入物理量数据（位置、速度等），取得该物理量数据，但也可以针对从数值控制装置2读入的物理量数据进行预定的计算，取得其他物理量数据。例如也可以从数值控制装置2读入位置数据，根据该位置数据计算速度和加速度，由此时序数据取得部11取得速度数据和加速度数据。以下，说明取得工具102的前端点的速度数据的例子。

图10是表示时序数据取得部11的内部结构的框图。如图10所示，时序数据取得部11具备从数值控制装置2取得机床1的位置信息的位置信息取得部11A、计算工具102的前端点的坐标的工具前端坐标计算部11B、计算工具102的前端点的速度的工具前端速度计算部11C。

位置信息取得部11A取得机床1的直线进给轴和旋转进给轴的位置指令、依照位置指令驱动各进给轴时的各驱动轴的实际位置作为位置信息。

工具前端坐标计算部11B根据这些位置信息、机床1的机械结构的信息来计算工具前端点的坐标。例如，将图2的A轴的旋转中心轴和B轴的旋转中心轴的交点设为M，将时刻t的点M的三维坐标设为（Mx（t）、My（t）、Mz（t））、将A轴和B轴的坐标分别设为a（t）、b（t）。这时，如果将从点M到工具前端点的长度设为L，将工具102朝向正下的状态设为是A轴和B轴的基准位置（原点），则工具前端坐标计算部11B根据下式（I）计算工具前端点的坐标（X（t）、Y（t）、Z（t））。

Xt＝Mx(t)+L×cos(a(t))×sin(b(t))

Yt＝My(t)+L×sin(a(t))

Zt＝Mz(t)-L×cos(a(t))×cos(b(t))      (I)

工具前端速度计算部11C通过对计算出的工具前端点的坐标进行时间微分，计算出工具前端点的速度的X、Y、Z成分。然后，通过向量将各成分进行合成，计算出工具前端点的速度（合成速度）。即，根据工具前端部的位置数据，计算工具前端部的时序的速度数据。

图11是表示通过图10的时序数据取得部11计算出的工具前端点的位置和速度的时序数据的一个例子的图。如图11所示，工具前端点的移动轨迹的曲线部分A～D（虚线部分）与直线部分相比，加速度容易变动，容易产生形状误差。因此，数值控制装置2控制进给轴的驱动，使得在曲线部分A～D降低速度。因此，例如通过选择工具前端点的速度作为检索对象，选择极小值作为检索条件，数据检索部13能够从通过工具前端速度计算部11C计算出的速度数据中提取出容易产生形状误差的曲线部分A～D的速度数据。

图12是表示时序数据取得部11的其他例子的图。图12的时序数据取得部11具备代替工具前端速度计算部11C的轨迹误差计算部11D。轨迹误差计算部11D计算出基于通过工具前端坐标计算部11B计算出的工具前端点的指令值的移动轨迹（指令移动轨迹）和基于实测值的移动轨迹（实际移动轨迹）之间的误差、即各时刻的从实际移动轨迹到指令移动轨迹之间的最短距离。就是说，根据工具前端点的指令值和实测值的位置数据来计算工具前端部的移动轨迹的指令值和实测值之间的误差数据。

图13是表示通过图12的时序数据取得部11计算出的工具前端点的移动轨迹和误差数据的一个例子的图。在图中，实线的移动轨迹表示实际移动轨迹，虚线的移动轨迹表示指令轨迹。如图13所示，移动轨迹的误差在曲线部分A～D中变大。因此，例如通过选择移动轨迹的误差作为检索对象，选择最大值作为检索条件，数据检索部13能够从通过轨迹误差计算部11D计算出的误差数据中提取误差成为问题的曲线部分A～D的误差数据。另外，能够提取与提取出的误差数据对应的位置即曲线部分A～D。通过将该误差数据、或与之对应的曲线部分A～D显示在显示监视器5上，用户能够掌握误差的大小和产生误差的定时，能够容易地进行误差变少的伺服调整（增益调整等）。

在上述实施方式（图1）中，将通过数据检索部13检索出的数据显示在显示部监视器5上，但检索出的物理量数据和所显示的物理量数据也可以不同。例如，也可以检索轨迹误差大的时刻，将该时刻的机床1的各轴的位置和速度等作为与检索出的物理量数据对应的其他物理量数据而进行显示。即，只要是从通过时序数据取得部11取得的物理量数据中，提取包含通过数据检索部13检索出的第一物理量数据（例如误差数据）或与该第一物理量数据对应（例如与第一物理量数据相同时刻）的第二物理量数据（例如速度数据）的预定范围内的时序的物理量数据，将提取出的物理量数据进行波形显示，则检索结果显示部14的结构可以是任意的。在上述实施方式中，说明了通过数据检索部13检索满足检索条件的多个物理量数据的情况，但所检索的物理量数据也可以是一个，本发明的波形显示装置也包含该情况。在上述实施方式中，作为机床使用了5轴垂直的加工中心，但同样也能够将本发明应用于具有由数值控制装置2控制的伺服电动机的其他机床。通过检索条件设定部12设定检索对象和检索条件，但也可以将检索对象进行固定，只设定检索条件。

也可以任意地组合上述实施方式和变形例子的一个或多个。

根据本发明，设定物理量数据的检索条件，检索满足该检索条件的物理量数据，对包含检索出的物理量数据或与该物理量数据对应的其他物理量数据的时序的物理量数据进行波形显示，因此能够容易地得到符合检索条件的希望的波形数据，并且还能够掌握相当于异常区域的波形数据和异常区域所对应的时间区域中的其他波形数据之间的关联性。

以上，将本发明与其优选的实施方式关联地进行了说明，但本技术领域的技术人员应该理解能够不脱离后述的权利要求的公开范围来进行各种修正和变更。

Claims (7)

1.一种波形显示装置，其对具有由数值控制装置（2）控制的伺服电动机（1a、1b、1c、1d、1e）的机床（1）中伴随着时间经过而变化的时序的物理量数据进行波形显示，该波形显示装置（10）的特征在于，具备：

时序数据取得部（11），其取得上述时序的物理量数据；

检索条件设定部（12），其设定上述物理量数据的检索条件；

数据检索部（13），其从通过上述时序数据取得部取得的物理量数据中检索满足通过上述检索条件设定部设定的检索条件的物理量数据；

检索结果显示部（14），其从通过上述时序数据取得部取得的物理量数据中，提取包含通过上述数据检索部检索出的物理量数据或与该物理量数据对应的其他物理量数据的预定范围内的时序的物理量数据，将提取出的物理量数据进行波形显示。

2.根据权利要求1所述的波形显示装置，其特征在于，

上述检索条件设定部能够设定多个检索条件，

上述数据检索部检索同时满足通过上述检索条件设定部设定的多个检索条件的物理量数据。

3.根据权利要求1或2所述的波形显示装置，其特征在于，还具备：

峰值检索部（15），其从通过上述时序数据取得部取得的物理量数据中检测该物理量数据的值的增加比例从正到负或从负到正进行变化的峰值时刻，其中

上述数据检索部从通过上述时序数据取得部取得的物理量数据中检索与通过上述峰值检测部检测出的峰值时刻对应的物理量数据。

4.根据权利要求1～3的任意一项所述的波形显示装置，其特征在于，

如果通过上述数据检索部检索出满足上述检索条件的多个物理量数据，则上述检索结果显示部对包含各个物理量数据的多个预定范围内的时序的物理量数据依次进行波形显示。

5.根据权利要求1～4的任意一项所述的波形显示装置，其特征在于，还具备：

检索结果整理部（16），其在通过上述数据检索部检索出满足上述检索条件的多个物理量数据后，根据这些物理量数据的值的大小将上述多个物理量数据进行排序，其中

上述检索结果显示部按照通过上述检索结果整理部进行排序的顺序，对包含各个物理量数据的多个预定范围内的时序的物理量数据进行波形显示。

6.根据权利要求1～5的任意一项所述的波形显示装置，其特征在于，

上述时序数据取得部具备：工具前端速度计算部（11C），其根据设置在上述机床中的工具（102）的前端部的位置数据来计算工具前端部的时序的速度数据，

上述数据检索部从通过上述工具前端速度计算部计算出的速度数据中检索满足通过上述检索条件设定部设定的检索条件的速度数据。

7.根据权利要求1～5的任意一项所述的波形显示装置，其特征在于，

上述时序数据取得部具备：轨迹误差计算部（11D），其根据设置在上述机床中的工具的前端部的指令值和实测值的位置数据来计算工具前端部的移动轨迹的指令值和实测值之间的误差数据，

上述数据检索部从通过上述轨迹误差计算部计算出的误差数据中检索满足通过上述检索条件设定部设定的检索条件的误差数据。