CN110888396B - 数值控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的数值控制装置具备：最佳数据量计算部，其计算从CAD数据提取的加工后工件的顶点数和多边形数中的至少任意一个的最佳值；三维数据削减部，其削减从CAD数据提取的加工后工件的顶点数或多边形数；三维模型生成部，其根据削减后的顶点或多边形，生成加工后工件的三维模型；显示部，其生成用于显示所生成的三维模型的显示数据，并将所生成的显示数据显示于显示装置。

Description

数值控制装置
技术领域
本发明涉及数值控制装置，具体涉及制作能够根据显示装置的显示性能、动作状况而进行适当的描绘处理的三维模型的数值控制装置。
背景技术
在通过数值控制装置控制机床而加工工件时，通过利用了三维模型的图形显示来模拟加工状况。通过进行该利用了三维模型的模拟，工作人员能够容易地掌握加工的进度状况，并且通过在进行加工之前进行模拟，能够事先确认加工结果。
作为在数值控制装置中进行利用了三维模型的模拟的技术，例如在专利第5349712号中公开了以下的装置:在加工程序中记载包含工具信息的工艺形状信息，获取与工具信息对应的工艺形状数据，根据工艺形状信息中的参数，制作变更了工艺形状数据的工艺形状图形(三维模型)，并与加工程序对应地显示于显示单元，由此将通过执行包含加工程序的工艺形状信息的单位加工程序而得到的工艺形状图形与加工程序对应地显示于显示单元。例如可以为了与多个加工程序关联地一览显示多个三维模型，或变更三维模型的显示姿势而从各种视点确认加工结果，而使用专利第5349712号所公开的技术。
但是，在专利第5349712号所公开的现有技术中，根据解析加工程序而得到的工艺形状信息，生成三维模型，因此表示工件的形状的三维模型是精密的且数据量大。因此，在现有技术的数值控制装置中，存在以下的问题，即为了显示而制作的三维模型压缩了存储部，或者三维模型的描绘处理的负担重，在一览画面中显示多个三维模型时，显示处理变慢，或者即使要变更三维模型的显示姿势，也无法顺畅地动作。
发明内容
对此，本发明的目的在于：提供一种数值控制装置，其制作能够根据显示装置的显示性能、动作状况而进行适当的描绘处理的三维模型。
本发明的数值控制装置将CAD数据(坐标群数据)用于三维模型的制作，进行与显示装置的显示性能、数值控制装置的动作状况对应的顶点数或者多边形数的削减处理，由此解决上述问题。一般在显示装置的显示部尺寸小的情况、显示装置的分辨率低的情况下，即使增多顶点数、多边形数而制作精密的三维模型，也无法在显示画面上掌握其精密度。因此，在本发明的数值控制装置中，制作抑制为与显示装置的显示性能对应的适当的顶点数或者多边形数的三维模型并用于显示。由此，能够减轻显示处理的负荷，另一方面，能够显示对工作人员在显示装置上掌握形状来说充分的精度的三维模型。另外，抑制为充分必要的顶点数或者多边形数的三维模型的数据不会超出必要以上地压缩数值控制装置的存储部的容量。
另外，本发明的一个实施例是一种数值控制装置，其将根据CAD数据构成的加工后工件的三维模型与根据该CAD数据生成的加工程序关联地显示于显示装置，该数值控制装置具备：最佳数据量计算部，其计算从上述CAD数据提取的加工后工件的顶点数和多边形数中的至少任意一个的最佳量；三维数据削减部，其根据由上述最佳数据量计算部计算出的加工后工件的顶点数或多边形数的最佳量，削减从上述CAD数据提取的加工后工件的顶点数或多边形数；三维模型生成部，其根据由上述三维数据削减部削减后的顶点或多边形，生成加工后工件的三维模型；以及显示部，其生成用于显示上述三维模型生成部所生成的三维模型的显示数据，将所生成的显示数据显示于上述显示装置。
根据本发明，能够根据显示装置的显示性能、数值控制装置的动作状况而进行适当的描绘处理。
附图说明
根据参照附图的以下的实施例的说明，能够了解本发明的上述和其他目的和特征。
图1是一实施方式的数值控制装置的概要硬件结构图。
图2是第一实施方式的数值控制装置的概要功能框图。
图3是表示CAD数据所包含的表示加工后工件的形状的顶点或者多边形的例子的图。
图4是说明顶点数或者多边形数的削减方法的图。
图5是第二实施方式的数值控制装置的概要功能框图。
图6是第三实施方式的数值控制装置的概要功能框图。
图7是表示加工程序和三维模型的一览显示的例子的图。
具体实施方式
以下，与附图一起说明本发明的实施方式。
图1是本发明的一个实施方式的数值控制装置的主要部分的概要硬件结构图。
本实施方式的数值控制装置1所具备的CPU11是整体地控制数值控制装置1的处理器。CPU11经由总线20而读出存储在ROM12中的系统/程序20，依照该系统/程序来控制数值控制装置1整体。在RAM13中，临时存储临时的计算数据、显示数据以及从外部输入的各种数据等。
非易失性存储器14例如由被未图示的电池支持的存储器、SSD等构成，即使数值控制装置1的电源被切断也保持存储状态。在非易失性存储器14中，存储经由接口15从外部设备72读入的控制用程序、CAD数据、经由接口21从其他装置获取的控制用程序、从CAD装置5获取的CAD数据、经由显示器/MDI单元70输入的控制用程序、从数值控制装置1的各部分、机床、传感器等获取的各种数据等。也可以在执行时/利用时，将存储在非易失性存储器14中的控制用程序、各种数据装载到RAM13中。另外，在ROM12中，预先写入有公知的解析程序等各种系统/程序。
接口15是用于将数值控制装置1和USB装置等外部设备72连接起来的接口。从外部设备72侧读入控制用程序、各种参数等。另外，可以经由外部设备72将在数值控制装置1内编辑了的控制用程序、各种参数等存储于外部存储单元。PMC(可编程设备控制器)16根据内置于数值控制装置1中的时序/程序经由I/O单元17向机床、以及该机床的周边设备(例如工具更换装置、机器人等执行元件、安装在机床的传感器等)输出信号而进行控制。另外，接口15接受机床的主体所配备的操作盘的各种开关、周边设备等的信号，在进行了必要的信号处理后，并将其传递到CPU11。
显示器/MDI单元70是具备显示器、键盘等手动数据输入装置，接口18接受来自显示器/MDI单元70的键盘的指令、数据，并将其传递到CPU11。另外，能够从显示器/MDI单元70获取显示画面的分辨率、实际尺寸等与显示性能有关的数据。接口19与具备在手动地驱动各轴时使用的手动脉冲产生器等的操作盘71连接。
接口19是用于将数值控制装置1与有线/无线的网络7连接的接口。网络7连接有提供CAD数据的CAD装置5、控制设置在工厂内的机床的其他控制装置、单元计算机、边缘计算机、主计算机等计算机等，经由网络7相互进行信息的收发。
用于控制机床所具备的轴的轴控制电路30接受来自CPU11的轴的移动指令量，将轴的指令输出到伺服放大器40。伺服放大器40接受该指令，驱动使机床所具备的轴移动的伺服电动机50。轴的伺服电动机50内置位置/速度检测器，将来自该位置/速度检测器的位置/速度反馈信号反馈到轴控制电路30，并进行位置/速度的反馈控制。此外，在图1的硬件结构图中，没有逐一地表示出轴控制电路30、伺服放大器40、伺服电动机50，但实际上准备了成为控制对象的机床所具备的轴的个数的数量。
主轴控制电路60接受主轴旋转指令，将主轴速度信号输出到主轴放大器61。主轴放大器61接受该主轴速度信号，使机床的主轴电动机62按照所指示的转速旋转并驱动工具。在主轴电动机62上结合有位置编码器63，位置编码器63与主轴的旋转同步地输出反馈脉冲，该反馈脉冲被CPU11读取。
图2是本发明的第一实施方式的数值控制装置1的概要功能框图。通过由图1所示的数值控制装置1所具备的CPU11执行系统/程序，控制数值控制装置1的各部分的动作，来实现图2所示的各功能模块。
本实施方式的数值控制装置1具备CAD数据获取部100、加工程序生成部110、最佳数据量计算部120、三维数据削减部130、三维模型生成部140、显示部150，并且在非易失性存储器14上确保了存储所生成的加工程序和三维模型的数据存储部200。
CAD数据获取部100是获取在CAD装置5中制作的CAD数据的功能单元。如图2所示，CAD数据获取部100既可以经由网络7从CAD装置5获取CAD数据，也可以从外部设备72获取CAD数据。在CAD数据获取部100获取的CAD数据中，至少包括几何地定义了表示加工后的工件的形状的顶点、边、面等的关系的数据。例如可以如图3所示例的那样，作为顶点的集合或者多边形的集合，来表现由CAD数据所示的加工后的工件的形状。此外，图3为了容易掌握表示工件的形状的顶点或者多边形，而用少的顶点数或者多边形数表现出加工后的工件，但实际上以更多的顶点数或者多边形数表现由CAD数据所示的加工后的工件的形状。
加工程序生成部110是根据CAD数据获取部100获取的CAD数据而生成加工程序并将生成的加工程序存储到数据存储部200中的功能单元。加工程序生成部110例如根据CAD数据所包含的顶点的集合或者多边形的集合、与加工所利用的工具相关的信息，解析如何使该工具移动而能够制作由顶点的集合或者多边形的集合所示的加工后工件的形状，根据作为解析的结果而得到的工具的移动路径，生成加工程序的指令的序列即加工程序。对于与加工程序的生成有关的处理的详情，例如如国际公开第2014/184908号等也公开的那样，为公知的，因此省略本说明书中的说明。
最佳数据量计算部120是根据显示器/MDI单元70的显示性能、数值控制装置的动作状态计算出从CAD数据获取部100获取的CAD数据以怎样的程度削减三维模型的数据量的功能单元。最佳数据量计算部120根据作为显示装置的显示器/MDI单元70的显示性能(分辨率、显示部分的实际尺寸等)，计算出根据CAD数据制作三维模型时的顶点数或者多边形数的最佳值。在设置在数值控制装置1的非易失性存储器14上的设定区域中，作为成为基准的显示装置(例如显示部尺寸：15：英寸，分辨率：1024×768)的显示尺寸，例如预先设定有基准纵尺寸Lvs/基准横尺寸横Lhs、基准纵像素数Rvs/基准横像素数Rhs、以及成为基准的显示装置的对显示最优的三维模型的基准顶点数Vns或者基准多边形数Pns等。最佳数据量计算部120根据这些设定在非易失性存储器14中的成为基准的数值、从显示器/MDI单元70获取的实际纵尺寸Lvr/实际横尺寸Lhr、实际纵像素数Rvr/实际横像素数Rhr，例如使用以下所示的公式1或者公式2，计算出最佳的三维模型的顶点数Vnr或者多边形数Pnr。
[公式1]
[公式2]
另外，除了显示器/MDI单元70的分辨率、实际尺寸以外，最佳数据量计算部120也可以还根据作为显示性能之一的显示器/MDI单元70或者数值控制装置1所具备的图形描绘引擎的描绘能力，计算出根据CAD数据制作三维模型时的顶点数或者多边形数的最佳值。在该情况下，也可以在设置在数值控制装置1的非易失性存储器14上的设定区域中，还预先设定成为基准的图形描绘引擎的基准描绘能力Ges，最佳数据量计算部120除了根据这些设定在非易失性存储器14中的成为基准的数值、显示器/MDI单元70的实际显示部尺寸、实际像素数以外，还根据图形描绘引擎的实际描绘能力Ger，例如使用以下所示的公式3或者公式4，计算出最佳的三维模型的顶点数Vnr或者多边形数Pnr。
[公式3]
[公式4]
进而，最佳数据量计算部120也可以根据其他与显示装置的显示有关的显示性能的参数，计算出最佳的三维模型的顶点数Vnr或者多边形数Pnr。
此外，对于基准顶点数Vns或者基准多边形数Pns，预先通过实验等，求出在成为基准的显示装置中在工作人员阅览三维模型时没有问题的范围内尽量少的三维模型的顶点数或者多边形数，将求出的顶点数或者多边形数设定为基准顶点数Vns或者基准多边形数Pns即可。一般，基准顶点数Vns或者基准多边形数Pns是能够在显示画面上描绘出工作人员能够掌握加工后工件的大致形状的程度的三维形状的顶点数或者多边形数即可。与此相对地，为了提高加工精度，CAD数据所包含的加工后的工件的形状的顶点数或者多边形数是极其细致的。因此，基准顶点数Vns或者基准多边形数Pns与CAD数据所包含的加工后的工件的形状的顶点数或者多边形数相比大幅地减少。
三维数据削减部130是以下的功能单元，即计算出从CAD数据提取的加工后的工件的形状的顶点数或者多边形数减去最佳数据量计算部120计算出的顶点数Vnr或者多边形数Pnr后的值即削减顶点数Vnd或者削减多边形数Pnd，从CAD数据获取部100所获取的CAD数据提取加工后的工件的形状的顶点或者多边形，从该提取的顶点或者多边形中削减削减顶点数Vnd或者削减多边形数Pnd的数量的顶点或者多边形。三维数据削减部130例如使用边沿折叠法、最优配置法等公知的方法，将从CAD数据提取的加工后的工件的形状的顶点数或者多边形数削减到最佳数据量计算部120计算出的最适合于显示到显示器/MDI单元70的三维模型的顶点数Vnr或者多边形数Pnr。
图4是表示三维数据削减部130对顶点数或者多边形数的削减处理的例子的图。在边沿折叠法或者最优配置法中，例如选择相邻的2个顶点p1、p2，将选择出的2个顶点p1、p2合并为一个顶点p1，去除边沿(图3、4所示的顶点间的线或者多边形的一边)，由此削减顶点数或者多边形数。三维数据削减部130既可以在从CAD数据提取的加工后的工件的形状的顶点或者多边形中，不是在整体上平均地，而是选择削减顶点数Vnd或者削减多边形数Pnd的数量的顶点或者多边形进行削减(例如按照削减数量的网格分割CAD数据的工件形状，在各个网格内削减1个顶点或者多边形等)，也可以在从CAD数据提取的加工后的工件的形状的顶点或者多边形中，从周边的顶点或者多边形的密度高的顶点或者多边形开始依次选择而进行削减。此外，也有时通过三维数据削减部130削减了加工后的工件的特征性部分(加工后的工件的角、边等成为加工后的工件的形状的特征的部分)，但实际上在CAD数据中，通过非常多的顶点或者多边形表现出加工后的工件的形状，因此即使削减了一部分特征性部分，在显示到显示装置上的情况下，也能够充分地掌握整体的加工后的工件的形状，因此不会有大问题。
三维模型生成部140使用通过三维数据削减部130削减了顶点或者多边形后的加工后的工件的形状的顶点或者多边形，生成表示加工后的工件的形状的三维模型，将所生成的三维模型与加工程序生成部110生成的加工程序关联地存储到数据存储部200中。
然后，显示部150将存储在数据存储部200中的加工程序和三维模型显示于显示器/MDI单元70。
在具有上述结构的本实施方式的数值控制装置1中，根据显示器/MDI单元70的显示性能，在工作人员能够根据显示器/MDI单元70的显示充分掌握加工后的工件的形状的范围内，削减显示在画面上的加工后的工件的三维模型的顶点数或者多边形数，因此能够减轻显示处理的负荷，并且抑制为充分必要的顶点数或者多边形数的三维模型的数据不会超出必要以上地压缩数值控制装置1的存储部的容量。
图5是本发明的第二实施方式的数值控制装置1的概要功能框图。通过由图1所示的数值控制装置1所具备的CPU11执行系统/程序，控制数值控制装置1的各部分的动作，来实现图5所示的各功能模块。
本实施方式的数值控制装置1除了具备第一实施方式的数值控制装置1所具备的功能单元以外，还具备动作状态监视部160。
动作状态监视部160是监视数值控制装置1整体的动作状态的功能单元。本实施方式的动作状态监视部160主要监视数值控制装置1的CPU11的负荷状态来作为数值控制装置1的动作状态，在CPU11为预先确定的规定的第一阈值以上的高负荷状态的情况下，向加工程序生成部110、最佳数据量计算部120、三维数据削减部130、以及三维模型生成部140发出指令而中断各自的处理。另外，动作状态监视部160在CPU11为预先确定的规定的第二阈值(<第一阈值)以下的低负荷状态的情况下，向加工程序生成部110、最佳数据量计算部120、三维数据削减部130、以及三维模型生成部140发出指令而再开始各自的处理。
在具有上述结构的本实施方式的数值控制装置1中，在数值控制装置1中执行加工程序等而CPU11为高负荷那样的情况下，暂时中断对于控制处理来说处于次要处理的位置的加工程序生成部110、最佳数据量计算部120、三维数据削减部130、以及三维模型生成部140所执行的处理，以避免对与工件的加工有关的控制处理产生影响。一般，与三维模型有关的处理、加工程序的生成处理大多大量消耗CPU11的资源，通过设置这样的结构，能够使得这些高负荷的处理不对作为数值控制装置1的主要处理的控制处理产生坏影响。
图6是本发明的第三实施方式的数值控制装置1的概要功能框图。通过由图1所示的数值控制装置1所具备的CPU11执行系统/程序，控制数值控制装置1的各部分的动作，来实现图6所示的各功能模块。
本实施方式的数值控制装置1在以下的点上与第一、第二实施方式不同：根据第二实施方式的数值控制装置1所具备的动作状态监视部160监视的数值控制装置1的动作状态，由最佳数据量计算部120计算出加工后的工件的三维模型的顶点数或者多边形数的削减数。
本实施方式的动作状态监视部160监视数值控制装置1的CPU11的负荷状态、数值控制装置1的运转模式、加工程序的执行状态、成为执行对象的加工程序数等来作为数值控制装置1的动作状态。另外，三维数据削减部130根据动作状态监视部160监视的数值控制装置1的动作状态，计算出根据CAD数据制作三维模型时的顶点数或者多边形数的削减量。三维数据削减部130例如在CPU11小于预先确定的第一阈值的情况下，基于根据数值控制装置1的动作模式而预先定义的系数α1(例如在数值控制装置1的动作模式是自动运转模式的情况下为0.9，在其他的情况下为1)、根据数值控制装置1对加工程序的执行状态而预先定义的系数α2(例如在正在执行通常的加工程序的情况下为0.8，在正在进行高精度加工的情况下为0.6，在其他的情况下为1)、根据作为执行对象而向数值控制装置1登记的登记程序数而预先定义的系数α3(例如在登记程序数为1～3的情况下为0.9，在4～10的情况下为0.8，在11以上的情况下为0.6，在其他的情况下为1)等各系数、显示器/MDI单元70的显示性能，例如使用以下所示的公式5或者公式6，计算出最佳的三维模型的顶点数Vnr或者多边形数Pnr。
[公式5]
[公式6]
在具有上述结构的本实施方式的数值控制装置1中，能够根据数值控制装置1的动作状态，在充分必要的范围内减少与三维模型的数据削减有关的处理、三维模型的生成处理、向显示装置的显示处理等，能够避免对作为数值控制装置1的主要处理的控制处理产生影响。
作为上述各实施方式的一个变形例，最佳数据量计算部120也可以根据显示于显示器/MDI单元70的三维模型的个数，计算出最佳的三维模型的顶点数Vnr或者多边形数Pnr。例如，也可以如图7所示例的那样，在与加工程序的一览表一起显示各个加工程序的加工后的工件的形状的情况等下，最佳数据量计算部120从动作状态监视部160获取显示在画面上的加工后的工件的形状的个数，并根据显示在画面上的加工后的工件的形状的个数，计算出一个三维模型中的最佳的顶点数Vnr或者多边形数Pnr(例如在画面上显示4个加工后的工件的形状的情况下，还将根据上述公式1～公式6计算出的值除以4等)。
作为上述各实施方式的其他变形例，最佳数据量计算部120也可以代替作为显示器/MDI单元70的显示性能的实际纵尺寸Lvr/实际横尺寸Lhr、实际纵像素数Rvr/实际横像素数Rhr，而使用显示加工后的工件的形状的显示部内的显示框的实际纵横尺寸、实际纵横像素数，来计算出最佳的三维模型的顶点数Vnr或者多边形数Pnr。
作为上述各实施方式的其他变形例，也可以经由网络7在未图示的主计算机等的存储部中管理加工程序生成部110所生成的加工程序以及三维模型生成部140生成的加工后的工件的形状的三维模型，并在与其他数值控制装置之间共享。
以上，说明了本发明的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式的例子，通过施加适当的变更，能够以其他形式实施。

Claims (7)

1.一种数值控制装置，其将根据CAD数据构成的加工后工件的三维模型与根据该CAD数据生成的加工程序关联地显示于显示装置，
其特征在于，
所述数值控制装置具备：
最佳数据量计算部，其计算从上述CAD数据提取的加工后工件的顶点数和多边形数中的至少任意一个的最佳量；
三维数据削减部，其根据由上述最佳数据量计算部计算出的加工后工件的顶点数或多边形数的最佳值，削减从上述CAD数据提取的加工后工件的顶点数或多边形数；
三维模型生成部，其根据由上述三维数据削减部削减后的顶点或多边形，生成加工后工件的三维模型；
显示部，其生成用于显示上述三维模型生成部所生成的三维模型的显示数据，并将所生成的显示数据显示于上述显示装置；以及
动作状态监视部，其监视上述数值控制装置的动作状态，
在上述数值控制装置的CPU的负荷状态为预先确定的第一阈值以上的情况下，上述动作状态监视部向上述最佳数据量计算部、上述三维数据削减部、上述三维模型生成部发出指令，使上述最佳数据量计算部、上述三维数据削减部、上述三维模型生成部中断动作。
2.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，
上述最佳数据量计算部根据上述显示装置的显示性能，计算出从上述CAD数据提取的加工后工件的顶点数和多边形数中的至少任意一个的最佳值。
3.根据权利要求2所述的数值控制装置，其特征在于，
上述显示装置的显示性能包括上述显示装置的尺寸和像素数中的至少任意一个。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的数值控制装置，其特征在于，
上述数值控制装置还具备根据上述CAD数据而生成加工程序的加工程序生成部。
5.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，
上述最佳数据量计算部根据上述动作状态监视部所监视的上述数值控制装置的动作状态，计算出从上述CAD数据提取的加工后工件的顶点数和多边形数中的至少任意一个的最佳值。
6.根据权利要求5所述的数值控制装置，其特征在于，
上述动作状态监视部监视的上述数值控制装置的动作状态至少包括上述数值控制装置的运转模式、加工程序的执行状态、成为执行对象的加工程序数、同时显示于上述显示装置的三维模型的个数中的任意一个。
7.根据权利要求4所述的数值控制装置，其特征在于，
经由网络将上述加工程序生成部所生成的加工程序和上述三维模型生成部所生成的加工后工件的三维模型形状存储于外部的存储装置，并在与其他数值控制装置之间共享存储于上述外部的存储装置中的上述加工程序和上述三维模型形状。
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