CN105404236A - 轨迹显示装置 - Google Patents

Abstract

提供一种能够将电动机端的实际轨迹与机械端的实际轨迹在视觉上容易地比较从而能够使作业人员容易地掌握两个实际轨迹的偏离的主要原因的轨迹显示装置。轨迹显示装置具有：电动机侧位置获取部，其按规定的采样周期获取电动机的位置信息；电动机端实际坐标计算部，其根据电动机的位置信息和机械信息来计算电动机端的实际坐标值；机械端数据获取部，其将机械端的实际轨迹上的点的坐标值获取为点列数据；以及显示部，其将电动机端的实际坐标以及机械端的点列数据分别作为电动机端的实际轨迹以及机械端的实际轨迹，以使电动机端的实际轨迹所构成的圆或圆弧的中心坐标与机械端的实际轨迹所构成的圆或圆弧的中心坐标相互一致的方式来重叠地显示。

Description

轨迹显示装置

技术领域

本发明涉及一种具备显示电动机端与机械端的轨迹的功能的轨迹显示装置。

背景技术

以往以来，作为确认加工形状的误差的方法使用如下的工具轨迹显示方法：将机床的工具前端点等代表点的指令轨迹与按照该指令使工具前端点等代表点实际移动时的反馈轨迹重叠地显示，来在视觉上确认相对于指令轨迹的误差。

例如在日本特开平06-059717号公报中公开了一种具有如下功能的NC装置：在通过NC程序分析来生成的工具的移动轨迹上重叠地显示基于该移动轨迹使工具移动时的工具的位置数据。

以往，在将利用测量机械端的轨迹的测定器来测定出的机械端的实际轨迹与根据电动机端的位置数据来计算出的电动机端的实际轨迹进行比较的情况下，将它们分别显示在各自分开的显示器等上来进行比较。但是，在机械端的实际轨迹发生变动(偏离于指令轨迹)的情况下，其主要原因可以考虑以下两个：电动机端的位置(轨迹)本身的变动；以及将电动机端的运动传递到机械端的机构部的变动、机械误差。因而，如果仅观测机械端的轨迹数据，则难以区分这两个主要原因。另外，在将机械端的实际轨迹与电动机端的实际轨迹分开显示的状态下，两者的比较困难，分析也不容易。

日本特开平06-059717号公报所记载的技术是如下技术：使根据NC程序来制作出的工具的移动轨迹与基于该移动轨迹使工具移动时的工具的实际轨迹重叠地显示。也就是说，日本特开平06-059717号公报所记载的NC装置具有将反馈轨迹重叠于指令轨迹来显示的功能，但并不是将不同种类的2个实际轨迹重叠地显示的装置。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供如下一种轨迹显示装置：能够将电动机端的实际轨迹与机械端的实际轨迹在视觉上容易地比较，从而能够使作业人员容易地掌握两个实际轨迹的偏离的主要原因。

为了达到上述目的，本发明提供一种显示按照加工程序来进行圆动作或圆弧动作的可动部的轨迹的轨迹显示装置，该轨迹显示装置具备：电动机侧位置获取部，其按规定的采样周期从设置于使上述可动部移动的电动机的电动机侧检测器获取上述电动机的位置信息；电动机端实际坐标计算部，其根据上述电动机的位置信息和机械信息来计算上述电动机的电动机端的实际坐标值；位置测定器，其测定上述可动部的位置，将该位置作为机械端的实际轨迹上的点的坐标值按规定的周期输出；机械端数据获取部，其将上述机械端的实际轨迹上的点的坐标值获取为点列数据；以及显示部，其将上述电动机端的实际坐标以及上述机械端的点列数据分别作为电动机端的实际轨迹以及机械端的实际轨迹，以使上述电动机端的实际轨迹所构成的圆或圆弧的中心坐标与上述机械端的实际轨迹所构成的圆或圆弧的中心坐标相互一致的方式，将上述电动机端的实际轨迹与上述机械端的实际轨迹重叠地显示。

在优选的实施方式中，上述电动机端的实际轨迹所构成的圆或圆弧的中心坐标是上述加工程序的程序原点。

在优选的实施方式中，轨迹显示装置还具备中心坐标计算部，该中心坐标计算部根据上述电动机端的实际坐标来计算上述电动机端的实际轨迹所构成的圆或圆弧的中心坐标。

在该情况下，上述中心坐标计算部能够根据去除了包含象限突起的规定的角度范围后的电动机端的实际坐标来计算上述电动机端的实际轨迹所构成的圆或圆弧的中心坐标。

附图说明

本发明的上述或其它目的、特征以及优点通过参照附图来说明以下的优选实施方式会变得更明确。

图1是将本发明的优选实施方式所涉及的轨迹显示装置与包括该轨迹显示装置的显示对象的机床以及控制该机床的数值控制装置一起表示的功能框图。

图2是表示图1的轨迹显示装置中的处理的一例的流程图。

图3是表示使机床的可动部移动的机构的一例的概要图。

图4是显示相对于规定的指令轨迹的、电动机端的实际轨迹的一例的曲线图。

图5是表示测定可动部的位置的位置测定器的一例的概要图。

图6是显示机械端的实际轨迹的一例的曲线图。

图7是显示相对于规定的指令轨迹的、电动机端和机械端的实际轨迹的一例的曲线图。

图8是说明消除电动机端的中心坐标的偏移的过程的图。

图9是表示电动机端的实际轨迹包含象限突起的例子的图。

具体实施方式

图1是将本发明的优选实施方式所涉及的轨迹显示装置10与包括轨迹显示装置10的显示对象的机床12以及对机床12进行控制的数值控制装置(CNC)14一起表示的功能框图。机床(机构部)12具有至少1个、优选的是2个以上(图示例中2个)伺服电动机等电动机16，机床12还具有通过电动机16来进行圆动作或圆弧动作的可动部(后述的X-Y工作台等)18。能够通过球杆仪(ballbar)、KGM(平面正交光栅)或光电传感器等位置测定器20来测定可动部18(机械端)的位置。

编码器或旋转变压器等电动机侧检测器22安装于各个电动机16，数值控制装置14能够获取各电动机16的位置信息。数值控制装置14基于预先决定的加工程序以及所获取到的各电动机的位置信息，来对各电动机16进行控制(例如反馈控制)以使可动部18进行圆动作或圆弧动作。

轨迹显示装置10具有：电动机侧位置获取部24，其按规定的采样周期从电动机侧检测器22获取电动机16的位置信息；电动机端实际坐标计算部26，其根据电动机16的位置信息和机械信息来计算电动机端的实际坐标值；机械端数据获取部28，其从位置测定器20将关于可动部18的机械端的实际轨迹上的点的坐标值获取为点列数据；以及显示部30，其将电动机端的实际坐标以及机械端的点列数据分别作为电动机端的实际轨迹以及机械端的实际轨迹，以使电动机端的实际轨迹所构成的圆或圆弧的中心坐标与机械端的实际轨迹所构成的圆或圆弧的中心坐标相互一致的方式，将电动机端的实际轨迹与机械端的实际轨迹重叠地显示。此外，在图1的例子中，轨迹显示装置10被示出为与数值控制装置14相独立的装置，但也可以使两个装置实质一体化来使数值控制装置14具备轨迹显示装置10的功能。

接着，参照图2的流程图等来说明轨迹显示装置10中的处理的一例。在此，考虑如图3所例示的那样的情况，即机床12的可动部(工作台)18通过分别与2个电动机16连结的相互正交的2个驱动轴(X轴32和Y轴34)来按照加工程序等规定的动作程序进行圆动作。对2个电动机16发送相位相差90°的正弦波状的指令，由此工作台18按照该指令进行圆状动作。

首先，在步骤S1中，电动机侧位置获取部24按规定的采样周期获取各电动机16的位置信息。更具体地说，电动机侧位置获取部24从安装于各电动机16的电动机侧检测器22获取各电动机的正弦波状的位置信息。或者，在数值控制装置14通过反馈控制来控制电动机16的情况下，也能够从数值控制装置14以时间序列来获取各电动机的位置信息。

接着，在步骤S2中，电动机端实际坐标计算部26根据对X轴32和Y轴34进行驱动的电动机的、被获取的位置信息(x_k(k·Δt)，y_k(k·Δt))(k＝1，2，…，N，Δt是采样周期)以及机械信息(驱动轴的形状、尺寸等)，来计算电动机端的实际坐标(X_k(k·Δt)，Y_k(k·Δt))。在此，电动机端是指根据从电动机侧检测器得到的电动机的位置信息(旋转位置等)以及与电动机直接连结的进给轴等驱动体的形状、尺寸等(机械信息)来通过计算求出的位置。另一方面，机械端是指可动部的代表点(例如工作台中心)的位置，能够由上述的位置测定器直接测定。因而，如果从电动机端到机械端的机构部完全没有尺寸误差、变动等，则后述的电动机端的实际轨迹与机械端的实际轨迹相吻合。

在图3的例子中，电动机端相当于使从电动机侧检测器22得到的反馈脉冲的累计值乘以对应的驱动轴的移动量所得的值。例如，在每1脉冲的X轴的移动量相当于1μm的情况下，累计值为1000脉冲意味着电动机端向X轴方向移动了1mm。

通过将这样得到的电动机端的实际坐标显示在正交坐标系中，能够显示电动机端的实际轨迹。例如，图4显示出在进行了基于如下动作指令的动作时的电动机端的实际轨迹38：该动作指令是将以(X，Y)＝(-40，0)为中心坐标且半径为40mm的圆作为指令轨迹36的指令。

在下一个步骤S3中，如图5所示那样使用位置测定器(图示例中球杆仪)20来按规定的周期测定工作台18的代表点(例如工作台中心)的位置。位置测定器20将工作台18的代表点的位置作为机械端的实际轨迹上的点的坐标值(X_k’(k·Δt)，Y_k’(k·Δt))按规定的周期输出，机械端数据获取部28将位置测定器20的输出获取为点列数据。图6示出将机械端的实际坐标(X_k’(k·Δt)，Y_k’(k·Δt))标绘在XY坐标系中时的实际轨迹，示出以(X，Y)＝(0，0)为中心坐标的机械端的实际轨迹40。

接着，在步骤S4中，显示部30将在步骤S2中得到的电动机端的实际轨迹(图4)与在步骤S3中得到的机械端的实际轨迹(图6)重叠地显示在同一坐标系中。在此，若将图4的实际轨迹与图6的实际轨迹原样地重叠显示，则由于圆弧的中心坐标不同而难以对比两个实际轨迹。因此，如图7所示，以使电动机端的实际轨迹38所构成的圆或圆弧的中心坐标与机械端的实际轨迹40所构成的圆或圆弧的中心坐标相互一致的方式将两个轨迹重叠地显示在同一坐标系中，由此能够适当地对比两个轨迹。

经步骤S4的处理的结果，如图7所示那样电动机端的实际轨迹38与机械端的实际轨迹40以能够对比的方式被显示，因此在机械端的实际轨迹变动或大幅偏离于指令轨迹的情况下，能够容易地判断该变动、偏离的主要原因是在于电动机端的动作本身，还是在于将电动机端的动作传递到机械端的机构部。也就是说，如果电动机端的实际轨迹38与机械端的实际轨迹40大致一致，则机械端的变动、偏离于指令轨迹的原因主要在于电动机端的动作，如果电动机端的实际轨迹38偏离于机械端的实际轨迹40，则原因主要在于电动机端与机械端之间的机构部。

另外，通过将电动机端的实际轨迹38与机械端的实际轨迹40以使中心坐标一致的方式重叠地显示在同一坐标系中，能够容易地掌握伺服调整等电动机端的轨迹调整的结果对机械端造成的影响。

为了使两个轨迹的中心坐标一致，可以考虑各种方法，例如，如图7所示，将上述的加工程序中的程序原点设为电动机端的实际轨迹38所构成的圆的中心坐标(-40，0)，使机械端的实际轨迹40平行移动以使位置测定器20所输出的机械端的实际轨迹40所构成的圆的中心坐标(0，0)与程序原点一致，由此能够将两个轨迹以使各自的中心坐标一致的方式重叠地显示。

如图8所示，电动机端的实际轨迹38有时相对于指令轨迹36发生偏移，在该情况下，程序原点O与电动机端的实际轨迹38的中心坐标O’不一致。因此，在这种情况下，也可以在轨迹显示装置10中还设置中心坐标计算部42(图1)，中心坐标计算部42根据电动机端的实际轨迹来计算圆的中心坐标。具体地说，如以下所示的(式1)，能够使用最小二乘法来计算相对于半径为r的圆的误差的累计值S为最小的坐标(X₀，Y₀)。该坐标(X₀，Y₀)相当于实际轨迹38的中心坐标O’，因此通过使程序原点O平行移动到中心坐标O’，能够消除电动机端的实际轨迹相对于指令轨迹的偏移。

$S=\underset{k=1}{\overset{n}{\Σ}}{(\sqrt{{\left(X_k\right(k\·\mathrm{\Δ}t)-X_0)}^2+{\left(Y_k\right(k\·\mathrm{\Δ}t)-Y_0)}^2}-r)}^2$ (式1)

另外，在如图9所示那样在驱动轴的反转时产生由间隙(backlash)等引起的象限突起的情况下，有时无法高精度地计算电动机端的中心坐标O’。在这种情况下，优选的是，上述的中心坐标计算部42根据去除了包含象限突起的规定的角度范围(在图示例中，象限发生变化的0度、90度、180度、270度及其附近(例如0+2～5度、90+2～5度、180+2～5度、270+2～5度的范围)的数据)后的电动机端的实际坐标数据，来计算实际轨迹38的中心坐标O’。由此，能够更高精度地求出中心坐标O’。

根据本发明，能够将电动机端的实际轨迹与机械端的实际轨迹以能够对比的方式显示，因此能够容易地掌握电动机端的轨迹调整的结果对机械端造成的影响、机械端的实际轨迹的变动的主要原因。

Claims (4)

1.一种轨迹显示装置，显示按照动作程序来进行圆动作或圆弧动作的可动部的轨迹，该轨迹显示装置具备：

电动机侧位置获取部，其按规定的采样周期从设置于使上述可动部移动的电动机的电动机侧检测器获取上述电动机的位置信息；

电动机端实际坐标计算部，其根据上述电动机的位置信息和机械信息来计算上述电动机的电动机端的实际坐标值；

位置测定器，其测定上述可动部的位置，将该位置作为机械端的实际轨迹上的点的坐标值按规定的周期输出；

机械端数据获取部，其将上述机械端的实际轨迹上的点的坐标值获取为点列数据；以及

显示部，其将上述电动机端的实际坐标以及上述机械端的点列数据分别作为电动机端的实际轨迹以及机械端的实际轨迹，以使上述电动机端的实际轨迹所构成的圆或圆弧的中心坐标与上述机械端的实际轨迹所构成的圆或圆弧的中心坐标相互一致的方式，将上述电动机端的实际轨迹与上述机械端的实际轨迹重叠地显示。

2.根据权利要求1所述的轨迹显示装置，其特征在于，

上述电动机端的实际轨迹所构成的圆或圆弧的中心坐标是上述动作程序的程序原点。

3.根据权利要求1或2所述的轨迹显示装置，其特征在于，

还具备中心坐标计算部，该中心坐标计算部根据上述电动机端的实际坐标来计算上述电动机端的实际轨迹所构成的圆或圆弧的中心坐标。

4.根据权利要求3所述的轨迹显示装置，其特征在于，

上述中心坐标计算部根据去除了包含象限突起的规定的角度范围后的电动机端的实际坐标来计算上述电动机端的实际轨迹所构成的圆或圆弧的中心坐标。