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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Arbeitsvorgangssimulationsverfahren
und eine Arbeitsvorgangssimulationsvorrichtung für die
Simulation eines Arbeitsvorgangs durch eine Werkzeugmaschine, wobei
die Simulation auf deren Bildschirmanzeigevorrichtung dargestellt
wird.
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Technischer Hintergrund
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Die
Werkzeugmaschine ist mit einem Werkzeughaltemechanismus zum Halten
eines Werkzeugs, einem Werkstückhaltemechanismus zum Halten
eines Werkstücks, einem Antriebsmechanismus zum Betätigen
eines der oder beider Haltemechanismen und einer Steuerungsvorrichtung
zum Steuern des Antriebsmechanismus beim Betätigen ausgestattet.
Die Steuervorrichtung überwacht den Antriebsmechanismus
auf der Basis eines NC-Programms.
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Das
NC-Programm wird durch einen Bediener erstellt, der auf eine Einrichtung
zum manuellen Erstellen eines Programms oder eine Einrichtung zur automatischen
Programmierung zurückgreifen kann, und bevor der Arbeitsvorgang
mit dem erstellten NC-Programms fortlaufend durchgeführt
wird, wird verifiziert, ob das NC-Programm fehlerfrei ist.
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Die
Verifizierung des NC-Programms wird durch einen Bediener vorgenommen,
der zum Beispiel das angezeigte Bild eines Werkzeugs und Werkstücks
beobachtet, die gemäß dem NC-Programm bewegt werden,
und den Bewegungsvorgang des Werkzeugs und den Zustand der Maschine überprüft.
Eine Vorrichtung, die für eine derartige Verifizierung
verwendet wird, beispielsweise eine NC-Arbeitsvorgangssimulationsvorrichtung,
ist in der
japanischen ungeprüften
Offenlegungsschrift Nr. 2006-85485 offenbart.
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Diese
NC-Arbeitsvorgangssimulationsvorrichtung ist ausgestattet mit: einem
Hauptsteuerungsabschnitt; einer Anzeigevorrichtung; einem Arbeitsprogrammspeicher
zum Abspeichern eines NC-Programms; einem Modellspeicher zum Ablegen von
Daten dreidimensionaler Modelle eines Werkzeugs, eines Werkstücks,
einer Werkzeugablage zum Haltern des Werkzeugs, einem Bohrfutter
zum Halten des Werkstücks und einer Spindel, auf der das
Bohrfutter montiert ist; einem Programmanalyseabschnitt zum Analysieren
des NC- Programms, das in dem Arbeitsprogrammspeicher abgelegt ist;
einem Simulationssteuerungsabschnitt zum Berechnen eines Bewegungspfades
des Werkzeugs auf der Basis der Programmanalyse, die durch den Programmanalyseabschnitt
vorgenommen wurde; einem Modellsteuerungsabschnitt zum Berechnen
von Modelldaten des Werkzeugs, des Werkstücks, der Werkzeugablage,
des Bohrfutters und der Spindel, die entlang dem Bewegungspfad des
Werkzeugs in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Berechnung,
die durch den Simulationssteuerungsabschnitt vorgenommen wurde,
und von den Modelldaten in dem Modellspeicher relativ zueinander
bewegt werden; einem Modell-Plotter-Steuerungsabschnitt zum Erzeugen
von Bilddaten in Abhängigkeit von den Modelldaten, die durch
den Modellverarbeitungssteuerungsabschnitt berechnet wurden und
andere Komponenten. Die Bilddaten, die durch den Modell-Plotter-Steuerungsabschnitt
erzeugt wurden, werden auf der Anzeigevorrichtung unter der Anzeigesteuerung
des Hauptsteuerungsabschnitts dargestellt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Wenn
jedoch die Modelldaten eines Werkzeugs, eines Werkstücks,
der Werkzeugablage, des Bohrfutters, der Spindel etc. in Abhängigkeit
von einem NC-Programm aktualisiert werden und Bilddaten zur Simulierung
nur in Abhängigkeit von den aktualisierten Modelldaten
erzeugt werden, wie dies bei der obigen konventionellen NC-Arbeitsvorgangssimulationsvorrichtung
der Fall ist, so ergibt sich das im Folgenden beschriebene Problem.
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Ein
Teil der Konfiguration der Modelldaten bei der Werkzeugmaschine
wird vereinfacht dargestellt oder weggelassen, um die Verarbeitungsgeschwindigkeit
bei dem Aktualisierungsvorgang der Modelldaten und dem Vorgang der
Erzeugung von Bilddaten zu erhöhen, so dass die Belastung
der Verarbeitungsabschnitte bei der Durchführung dieser Verarbeitungsvorgänge
verringert wird. Dadurch kann keine realistische Arbeitsvorgangssimulierung stattfinden,
und es kann auch keine genaue Arbeitsvorgangssimulierung stattfinden.
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Wenn
also auf diese Weise eine realistische und genaue Arbeitsvorgangssimulation
nicht möglich ist, muss folglich festgestellt werden, ob
das NC-Programm fehlerfrei arbeitet, wozu die Werkzeugmaschine in
Betrieb genommen wird, nachdem die Arbeitsvorgangssimulierung stattgefunden
hat. Dies ist eine ineffiziente Vorgehensweise.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf das oben Beschriebene, und
es ist die Aufgabe, ein Arbeitsvorgangssimulationsverfahren anzugeben und
eine Arbeitsvorgangssimulationsvorrichtung zu schaffen, so dass
eine realistische und genaue Arbeitsvorgangssimulierung durchgeführt
werden kann.
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Lösung
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Die
obige Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst
durch ein Arbeitsvorgangssimulationsverfahren in einer Werkzeugmaschine
mit: einer Werkzeughaltevorrichtung zum Halten eines Werkzeugs,
einer Werkstückhaltevorrichtung zum Halten eines Werkstücks,
Antriebsvorrichtungen zum Betätigen einer oder beider Haltevorrichtungen,
einer Antriebssteuerung zum Steuern der Betätigung der
Antriebsvorrichtung in Abhängigkeit von einem Befehl zum
Betätigen einer oder beider Haltevorrichtungen, und einer Bildschirmanzeigevorrichtung
zum Anzeigen von Bilddaten, wobei das Arbeitsvorgangssimulationsverfahren
umfasst: einen realen Betätigungsschritt zum Betätigen
einer oder beider Haltevorrichtungen durch Steuern der Antriebsvorrichtungen
mittels der Antriebssteuerungen in Abhängigkeit von dem
Ausführungsbefehl; einen Modellerzeugungsschritt, in dem Modelldaten
der Haltevorrichtung, des Werkzeugs und des Werkstücks
mit Bezug auf den Zeitpunkt, zu dem eine oder beide Haltevorrichtungen
nach und nach gemäß dem Ausführungsbefehl
bewegt werden, in Abhängigkeit von den Ausführungsbefehlen und
Daten der dreidimensionalen Modelle der Haltevorrichtungen, des
Werkzeugs und des Werkstücks erzeugt werden; einen realen
Bilderzeugungsschritt zum Erzeugen von zweidimensionalen Bilddaten
von der Werkzeughaltevorrichtung und von der Werkstückhaltevorrichtung,
die sich in einem Zustand befinden, in von dem Werkzeug und dem
Werkstück entweder eines oder beide nicht gehalten werden,
indem sie mittels Abbildungseinrichtungen von einem vorgegebenen
Beobachtungspunkt in einem bestimmten Zeitintervall abgebildet werden;
einen virtuellen Bilderzeugungsschritt zum Erzeugen von zweidimensionalen
Bilddaten von wenigstens dem Werkzeug und dem Werkstück
in Abhängigkeit von den Modelldaten, die in dem Modellerzeugungsschritt
erzeugt wurden, wobei in dem virtuellen Bilderzeugungsschritt ein
dreidimensionaler Raum virtuell eingerichtet wird, wobei die dreidimensionalen
Modelle von dem Werkzeug und dem Werkstück in dem dreidimensionalen
Raum angeordnet werden und Abbildungseinrichtungen mit denselben
Bedingungen wie die realen Abbildungseinrichtungen virtuell eingerichtet
werden und angeordnet werden, und zweidimensionale Bilddaten erzeugt
werden, von denen angenommen wird, dass sie abgebildet werden, wenn
das Werkzeug und das Werkstück, dargestellt durch dreidimensionale
Modelle, durch die virtuellen Abbildungseinrichtungen von demselben
Beobachtungspunkt und zu demselben Zeitpunkt wie diejenigen der realen Abbildungseinrichtungen
abgebildet werden; einen Ausgabeschritt, bei dem in Abhängigkeit
von den realen zweidimensionalen Bilddaten und den virtuellen zweidimensionalen
Bilddaten, die zu demselben Zeitpunkt in dem realen Bilderzeugungsschritt und
dem virtuellen Bilderzeugungsschritt erzeugt wurden, zusammengesetzte
Bilddaten erzeugt werden, die durch Überlagerung eines
virtuellen zweidimensionalen Bildes und eines realen zweidimensionalen
Bildes erzeugt werden und auf den Bildschirmanzeigevorrichtungen
dargestellt werden.
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Das
Arbeitsvorgangssimulationsverfahren ist vorzugsweise mit der folgenden
Arbeitsvorgangssimulationsvorrichtung durchführbar.
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Mit
anderen Worten, die Arbeitsvorgangssimulationsvorrichtung ist so
konfiguriert, dass sie umfasst: eine Abbildungsvorrichtung zum Abbilden
der Werkzeughaltevorrichtung und der Werkstückhaltevorrichtung
in einem Zustand, in dem von dem Werkzeug und dem Werkstück
eines oder beide nicht gehalten werden, von einem vorgegebenen Beobachtungspunkt
aus in einem bestimmten Zeitintervall, um dreidimensionale Bilddaten
zu erzeugen; eine Modelldatenabspeichervorrichtung zum Abspeichern von
Daten der dreidimensionalen Modelle der Haltevorrichtung, des Werkzeugs
und des Werkstücks; eine Modelldatenaktualisierungsvorrichtung
zum Empfangen des Ausführungsbefehls von der Antriebssteuerung
und dann zum Erzeugen in Abhängigkeit von dem empfangenen
Ausführungsbefehl und den Modelldaten, die in der Modelldatenspeichervorrichtung
gespeichert sind, von Modelldaten der Haltevorrichtung, des Werkzeugs
und des Werkstücks mit Bezug auf den Zeitpunkt, wann eine
oder beide Haltevorrichtungen nach und nach in Abhängigkeit
von dem Ausführungsbefehl bewegt werden, um die Modelldaten,
die in der Modelldatenspeichervorrichtung abgelegt sind, mit den
erzeugten Modelldaten zu aktualisieren; eine virtuelle Bilderzeugungsvorrichtung
zum Erzeugen zweidimensionaler Bilddaten von wenigstens dem Werkzeug
und dem Werkstück in Abhängigkeit von Modelldaten,
die in der Modelldatenspeichervorrichtung gespeichert sind, wobei
in der virtuellen Bilderzeugungsvorrichtung ein dreidimensionaler
Raum virtuell eingerichtet ist, wobei die dreidimensionalen Modelle
des Werkzeugs und des Werkstücks in dem dreidimensionalen Raum
angeordnet sind und die Abbildungsvorrichtungen, die den gleichen
Bedingungen unterliegen wie die realen Abbildungsvorrichtungen,
virtuell eingerichtet und zugeordnet sind, und zweidimensionale Bilddaten,
von denen angenommen wird, dass sie erfasst werden, wenn das Werkzeug
und das Werkstück, die durch dreidimensionale Modelle dargestellt sind,
durch die virtuellen Abbildungseinrichtungen von demselben Beobachtungspunkt
aus und zu demselben Zeitpunkt abgebildet werden wie bei den realen
Abbildungsvorrichtungen; und eine Ausgabevorrichtung, bei der in
Abhängigkeit von den realen zweidimensionalen Bilddaten
und virtuellen zweidimensionalen Bilddaten, die zu demselben Zeitpunkt
durch die reale Abbildungseinrichtung bzw. die virtuelle Abbildungseinrichtung
erzeugt wurden, zusammengesetzte Bilddaten erzeugt werden, die durch Überlagerung
eines virtuellen dreidimensionalen Bildes und eines realen dreidimensionalen
Bildes erzeugt werden und auf der Bildschirmanzeigevorrichtung angezeigt
werden.
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Bei
dieser Arbeitsvorgangssimulationsvorrichtung wird der Antriebsmechanismus
durch die Antriebssteuerung in Abhängigkeit von einem Befehl zum
Betätigen von einer oder von beiden Werkzeughaltevorrichtungen
und der Werkstückhaltevorrichtung gesteuert, so dass eine
oder beide Haltevorrichtungen bewegt werden. Zur gleichen Zeit,
zu der die Haltevorrichtung real bewegt wird, werden die Modelldaten
der Haltevorrichtung, des Werkzeugs und des Werkstücks
durch die Modelldatenaktualisierungsvorrichtung aktualisiert.
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Im
Einzelnen erhält die Modelldatenaktualisierungsvorrichtung
einen Ausführungsbefehl von der Antriebssteuerung. In Abhängigkeit
von dem empfangenen Ausführungsbefehl und von den Modelldaten,
die in der Modelldatenspeichervorrichtung abgelegt sind, erzeugt
die Modelldatenaktualisierungsvorrichtung ihrerseits Modelldaten
von der Haltevorrichtung, von dem Werkzeug und von dem Werkstück,
die sich darauf beziehen, wann eine oder beide Haltevorrichtungen
nach und nach gemäß dem Ausführungsbefehl
zum Aktualisieren der Modelldaten, die in der Modelldatenspeichervorrichtung
abgelegt sind, mit den erzeugten Modelldaten bewegt werden.
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Beim
Betrieb der Haltevorrichtung, wenn die Werkzeughaltevorrichtung
und die Werkstückhaltevorrichtung sich in einem Zustand
befinden, in welchem von dem Werkzeug und dem Werkstück
eines oder beide nicht gehalten werden, werden durch die gegebene
Abbildungsvorrichtung von einem vorgegebenen Beobachtungspunkt während
eines bestimmten Zeitintervalls Aufnahmen gemacht, wobei ihrerseits
zweidimensionale Bilddaten erzeugt werden. Es reicht aus, die Werkzeughaltevorrichtung und
die Werkstückhaltevorrichtung aufzunehmen, so dass wenigstens
ihre Abbildungen erfasst werden können. Um jedoch eine
realistischere und genauere Arbeitsvorgangssimulation zu erzeugen,
enthalten die erzeugten zweidimensionalen Bilddaten zusätzlich
zu einem Teil der Werkzeughaltevorrichtung oder der gesamten Werkzeughaltevorrichtung
und einem Teil der oder der gesamten Werkstückhaltevorrichtung
vorzugsweise weitere Komponenten der Werkzeugmaschine.
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Wenigstens
von dem Werkzeug und dem Werkstück werden in Abhängigkeit
von den in der Modelldatenspeichervorrichtung abgelegten Modelldaten
zweidimensionale Bilddaten durch die virtuelle Bilderzeugung erzeugt.
Die virtuellen zweidimensionalen Bilddaten sind virtuelle zweidimensionale
Bilddaten, von denen angenommen wird, dass sie erzeugt werden, wenn
ein dreidimensionaler Raum virtuell eingerichtet wird; die dreidimensionalen
Modelle von Werkzeug und Werkstück werden in dem dreidimensionalen
Raum angeordnet, und die Abbildungsvorrichtung wird unter den gleichen
Bedingungen (beispielsweise die gleichen intrinsischen Parameter) wie
die gegebene Abbildungsvorrichtung virtuell angeordnet und aufgebaut;
und das Werkzeug und das Werkstück, dargestellt durch dreidimensionale
Modelle, werden durch die virtuelle Abbildungsvorrichtung von demselben
Beobachtungspunkt und zu denselben Zeiten abgebildet wie bei der
realen Abbildungsvorrichtung. Auf diese Art werden zweidimensionale
Bilddaten ihrerseits synchron mit dem Abbildungszeitablauf der realen
Abbildungsvorrichtung erzeugt.
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Danach
werden in Abhängigkeit von den realen zweidimensionalen
Bilddaten und virtuellen zweidimensionalen Bilddaten, die zur selben
Zeit durch die reale Abbildungsvorrichtung bzw. die virtuelle Abbildungsvorrichtung
erzeugt werden, zusammengesetzte Bilddaten, die durch Überlagerung
eines zweidimensionalen virtuellen Bildes und eines zweidimensionalen
realen Bildes erzeugt werden, ihrerseits erzeugt und auf Bildschirmanzeigevorrichtungen
durch Ausgabevorrichtungen dargestellt. Die zusammengesetzten Bilddaten
werden üblicherweise erzeugt durch Überlagerung
des virtuellen zweidimensionalen Bildes (Bilder von Werkzeug und
Werkstück, die sich aus den Modelldaten ergaben) mit dem
realen zweidimensionalen Bild an denjenigen Positionen, an denen
das Werkzeug und das Werkstück durch die Werkzeughaltevorrichtung
bzw. Werkstückhaltevorrichtung gehalten werden sollten.
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Entsprechend
dem Arbeitsvorgangssimulationsverfahren und der Arbeitsvorgangssimulationsvorrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Bediener
die Betriebsvorgänge des Werkzeugs und Werkstücks,
dargestellt durch virtuelle Bilder, überprüfen,
während er die realen Bedingungen der Werkzeugmaschine überprüft,
da das zusammengesetzte Bild, in welchem das Werkzeug und das Werkstück
Abbildungen von der virtuellen Abbildungsvorrichtung und das übrige
Bild die Abbildung von der realen Abbildungsvorrichtung sind, auf
der Bildschirmanzeigevorrichtung dargestellt wird. Dadurch ist es möglich,
eine realistischere und genauere Arbeitsvorgangssimulation zu erzeugen.
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Obgleich
das Werkstück und das Werkzeug Abbildungen der virtuellen
Abbildungsvorrichtung sind, ist es nicht notwendig, die Werkzeugmaschine real
in Betrieb zu nehmen, nachdem die Arbeitsvorgangssimulation durchgeführt
wurde, um das NC-Programm zu verifizieren, wenn die Modelldaten des
Werkzeugs und des Werkstücks der jeweiligen realen Geometrie
entspricht und die Position bei der Anordnung des Werkstücks
im virtuellen, dreidimensionalen Raum dessen reale Anordnungsposition wiedergibt.
Daher kann die Verifizierung des NC-Programms bereits abgeschlossen
werden, nachdem die Arbeitsvorgangssimulation durchgeführt
wurde, was effizient ist.
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Die
reale Abbildungsvorrichtung kann so konfiguriert werden, dass das
Werkzeug, das von der Werkzeughaltevorrichtung gehalten wird, und
das Werkstück, das von der Werkstückhaltevorrichtung gehalten
wird, von einem vorgegebenen Beobachtungspunkt über ein
vorgegebenes Zeitintervall abgebildet wird und darauf zweidimensionale
Bilddaten erzeugt werden, und die Ausgabevorrichtung kann so konfiguriert
werden, dass sie zusammengesetzte Bilddaten erzeugt, bei denen das
virtuelle, zweidimensionale Bild durchsichtig ist, und auf der Bildschirmanzeigevorrichtung
anzeigt.
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Bei
einer derartigen Konfiguration ist es möglich, das reale
zweidimensionale Bild durch das durchsichtige virtuelle zweidimensionale
Bild hindurch zu überprüfen. Daher kann der Bediener
verifizieren, ob die Modelldaten des Werkzeugs und Werkstücks
die realen Geometrien von beiden wiedergeben, indem die Bilder des
Werkzeugs und des Werkstücks, die sich aus den Modelldaten
ergeben, mit deren realen Abbildungen verglichen werden, und indem überprüft
wird, ob die Position bei der Anordnung des Werkstücks
im virtuellen, dreidimensionalen Raum die reale Position von dessen
Anordnung wiedergibt. Wenn Übereinstimmung herrscht, ist
es möglich, auf den realen Betrieb der Werkzeugmaschine
zu verzichten, um das NC-Programm wie oben beschrieben zu verifizieren.
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Vorteile der Erfindung
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Entsprechend
ist es möglich, mit dem Arbeitsvorgangssimulationsverfahren
und der Arbeitsvorgangssimulationsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung eine realistische und genaue Arbeitsvorgangssimulation
durchzuführen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
das Blockdiagramm einer schematischen Konfiguration einer Arbeitsvorgangssimulationsvorrichtung
und anderer Komponenten gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
die perspektivische Darstellung einer schematischen Konfiguration
einer Werkzeugmaschine, die ausgestattet ist mit der Arbeitsvorgangssimulationsvorrichtung
gemäß der Ausführungsform.
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3 zeigt
ein Beispiel von Bildern, die durch eine reale CCD-Kamera, einen
Abschnitt für die virtuelle Bilderzeugung und Verarbeitung
sowie einen Ausgabeabschnitt gemäß der Ausführungsform
erzeugt wurden.
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4 zeigt
ein Beispiel von Bildern, die durch die reale CCD-Kamera, den Abschnitt
für die virtuelle Bilderzeugung und Verarbeitung sowie
den Ausgabeabschnitt gemäß der Ausführungsform
erzeugt wurden.
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5 zeigt
ein Flussdiagramm mit einer Abfolge von Prozessen in einem Modelldatenaktualisierungsabschnitt
gemäß der Ausführungsform.
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6 zeigt
ein Flussdiagramm mit einer Abfolge von Prozessen in dem Abschnitt
für die virtuelle Bilderzeugung und Verarbeitung gemäß der
Ausführungsform.
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7 zeigt
ein Flussdiagramm mit einer Abfolge von Prozessen in einem Abschnitt
für eine Störungsüberprüfung
gemäß der Ausführungsform.
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Beschreibung der Ausführungsform
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Im
Folgenden wird eine spezielle Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. 1 zeigt
ein Blockdiagramm einer schematischen Konfiguration einer Arbeitsvorgangssimulationsvorrichtung
und weiterer Komponenten gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, und 2 ist eine
perspektivische Ansicht, in der schematisch die Konfiguration einer
Werkzeugmaschine dargestellt ist, welche mit der Arbeitsvorgangssimulationsvorrichtung
gemäß der Ausführungsform ausgestattet
ist.
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Eine
Arbeitsvorgangssimulationsvorrichtung 1 gemäß der
vorliegenden Ausführungsform, die in 1 gezeigt
ist, hat eine reale CCD-Kamera 11, einen Kameraparameterspeicherabschnitt 12,
einen ersten Modelldatenspeicherabschnitt 13, einen Modelldatenaktualisierungsabschnitt 14,
einen Bilderzeugungsabschnitt 15 für virtuelle
Bilder, einen Taktgeber 16, einen Ausgabeabschnitt 17,
eine Bildschirmanzeigevorrichtung 18, einen zweiten Modelldatenspeicherabschnitt 19 und
einen Störungsprüfabschnitt 20 und ist
in einer Werkzeugmaschine 50 untergebracht, die Bearbeitungszentrum
genannt wird, wovon in 2 ein Beispiel gezeigt ist.
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Zunächst
wird die Werkzeugmaschine 50 erläutert. Wie in 1 und 2 gezeigt,
ist die Werkzeugmaschine 50 ausgestattet mit: einem Gestell 51, einem
ersten Sattel 52, der sich auf dem Gestell 51 befindet
und der horizontal frei (in Y-Achsenrichtung) vor und zurück
bewegt werden kann, einen zweiten Sattel 53, der sich auf
dem ersten Sattel 52 befindet und horizontal seitlich (in
X-Achsenrichtung) frei bewegt werden kann, einem Spindelkopf 54,
der von dem zweiten Sattel 53 getragen wird und der frei
vertikal (in Z-Achsenrichtung) bewegt werden kann, einer Spindel
(Werkzeughaltevorrichtung) 55, die von dem Spindelkopf 54 getragen
wird, so dass ihre Achse parallel zur Z-Achse verläuft
und sie um diese Achse drehbar ist, und an der am unteren Endabschnitt
ein Werkzeug T montiert ist, einem Tisch (Werkstückhaltevorrichtung) 56,
der zu dem Gestell 51 gehört und auf dem ein Werkstück
W montiert ist, einen Y-Achsenantrieb 57, einen X-Achsenantrieb 58 und
einen Z-Achsenantrieb 59 für die entsprechende Bewegung
des ersten Sattels 52, zweiten Sattels 53 und
Spindelkopfs 54 in ihren jeweiligen Bewegungsrichtungen,
einen Spindelmotor 60 zum Drehen der Spindel 55 über
ihre Achse, und eine digitale Steuervorrichtung 61 zum
Steuern der Betriebsvorgänge der Antriebsmechanismen 57, 58 und 59 und
des Spindelmotors 60.
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Die
digitale Steuervorrichtung 61 befindet sich in der Steuervorrichtung 62.
Darüber hinaus sind der Kameraparameterspeicherabschnitt 12,
der erste Modelldatenspeicherabschnitt 13, der Modelldatenaktualisierungsabschnitt 14,
der virtuelle Bilderzeugungsabschnitt 15, der Taktgeber 16,
der Ausgabeabschnitt 17, der zweite Modelldatenspeicherabschnitt 19 und
der Störungsprüfabschnitt 20 ebenfalls in
der Steuervorrichtung 62 enthalten.
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Das
Gestell 51 ist so konfiguriert, dass sich die Seitenwände 51a, 51b und 51c auf
der rechten, linken bzw. Rückseite befinden. Der erste
Sattel 52 ist auf den oberen Teilen der Seitenwände 51a und 51b auf
der linken und rechten Seite angeordnet, und der Tisch 56 ist
an der rückseitigen Wand 51c angeordnet.
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Die
digitale Steuervorrichtung 61 enthält einen Programmspeicherabschnitt 61a,
in dem ein vorher erzeugtes NC-Programm abgespeichert ist, und steuert
die Antriebsmechanismen 57, 58 und 59 sowie
den Spindelmotor 60 auf der Basis des NC-Programms, das
in dem Programmspeicherabschnitt 61a abgelegt ist. Insbesondere
analysiert die digitale Steuervorrichtung 61 das NC-Programm
Block für Block und extrahiert seinerseits Ausführungsbefehle, die
sich auf die Bewegungspositionen und die Antriebsgeschwindigkeit
des ersten Sattels 52, zweiten Sattels 53 und
Spindelkopfs 54, die Drehgeschwindigkeit der Spindel 55 und
dergleichen beziehen. Auf der Basis der extrahierten Ausführungsbefehle
und auf der Basis von Rückkopplungssignalen von den Antriebsmechanismen 57, 58 und 59 und
des Spindelmotors 60 steuert die digitale Steuervorrichtung 61 die
Antriebsmechanismen 57, 58 und 59 und
den Spindelmotor 60.
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Die
digitale Steuervorrichtung 61 ist so ausgelegt, dass sie
die extrahierten Ausführungsbefehle an den Modelldatenaktualisierungsabschnitt 14 übermittelt.
Außerdem sagt die digitale Steuervorrichtung die Positionen
des ersten Sattels 52, des zweiten Sattels 53 und
des Spindelkopfs 54 nach Ablauf einen vorgegebenen Zeitintervalls
(zum Beispiel 600 Millisekunden) etwa in Abhängigkeit von
der vorliegenden Position und Geschwindigkeit und Bewegungsrichtungen
des ersten Sattels 52, zweiten Sattels 53 und
Spindelkopfs 54 voraus und überträgt
die vorausgesagten Positionen an den Störungsprüfabschnitt 20.
Zusätzlich hält die digitale Steuervorrichtung 61 die
Betriebsvorgänge der Antriebsmechanismen 57, 58 und 59 und
des Spindelmotors 60 an, wenn ein Alarmsignal erfasst wird,
das von dem Störungsprüfabschnitt 20 übertragen
wird.
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Als
nächstes wird die Arbeitsvorgangssimulationsvorrichtung 1 erläutert.
Wie oben beschrieben, ist die Arbeitsvorgangssimulationsvorrichtung 1 mit der
realen CCD-Kamera 11 ausgestattet, dem Kameraparameterspeicherabschnitt 12,
dem ersten Modelldatenspeicherabschnitt 13, dem Modelldatenaktualisierungsabschnitt 14,
dem virtuellen Bilderzeugungsabschnitt 15, dem Taktgeber 16,
dem Ausgabeabschnitt 17, der Bildschirmanzeigevorrichtung 18, dem
zweiten Modelldatenspeicherabschnitt 19 und dem Störungsprüfabschnitt 20.
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Wie
in 2 gezeigt, ist die reale CCD-Kamera 11 an
dem oberen Abschnitt der linken Seitenwand 51a des Gestells 51 über
eine Klammer 11a montiert. Die reale CCD-Kamera 11 bildet
einen Bereich ab, der die Spindel 55, an der das Werkzeug
T montiert ist, und den Tisch 56 enthält, an dem
das Werkstück W nicht montiert ist in einem bestimmten Zeitintervall,
und erzeugt anschließend zweidimensionale Bilddaten (reale
Bilddaten) daraus. Und diese erzeugten zweidimensionalen Bilddaten
werden an den Ausgabeabschnitt 17 ausgegeben. Ein Beispiel des
Bildes, das zu diesem Zeitpunkt erzeugt wird, ist in 3(a) gezeigt. Wie in 3(a) gezeigt,
beinhaltet das Bild einen Teil des Gestells 51, einen Teil
des Spindelkopfs 54, einen Teil der Spindel 55 und
einen Teil des Tisches 56 neben dem Werkzeug T.
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Darüber
hinaus ist die reale CCD-Kamera 11 so eingerichtet, dass
sie einen Bereich abbildet, der die Spindel 55, an der
das Werkzeug T montiert ist, und den Tisch 56 enthält,
an dem das Werkstück W montiert ist, und zweidimensionale
Bilddaten (reale Bilddaten) davon erzeugt und anschließend
die erzeugten zweidimensionalen Bilddaten an den Ausgabeabschnitt 17 ausgibt.
Ein Beispiel des zu diesem Zeitpunkt erzeugten Bildes ist in 4(a) gezeigt. Wie in 4(a) gezeigt,
beinhaltet das Bild einen Teil des Gestells 51, einen Teil
des Spindelkopfs 54, einen Teil der Spindel 55 und
einen Teil des Tisches 56 neben dem Werkzeug T und dem
Werkstück W.
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In
dem Kameraparameterspeicherabschnitt 12 sind intrinsische
Parameter, das heißt charakteristische Parameter der realen
CCD-Kamera 11, und extrinsische Parameter, die die Position
und Orientierung der realen CCD-Kamera 11 in dem Koordinatensystem
der Werkzeugmaschine 50 angeben, abgespeichert. Diese Parameter
werden vorher durch einen Kalibrierungsvorgang berechnet. Der intrinsische
Parameter beinhaltet zum Beispiel eine Nullpunktkoordinate, einen
Skalierungsfaktor, einen Winkel zwischen den beiden Bildachsen und
dergleichen.
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In
dem ersten Modelldatenspeicherabschnitt 13 befinden sich
beispielsweise vorher erzeugte Daten des dreidimensionalen Modells
(Modelldaten) der gesamten Werkzeugmaschine 50. Die Modelldaten der
gesamten Werkzeugmaschine 50 umfassen die Modelldaten der
Hauptkomponenten der Werkzeugmaschine 50 wie von dem Gestell 51,
dem ersten Sattel 52, dem zweiten Sattel 53, dem
Spindelkopf 54, die Spindel 55, und dem Tisch 56,
die Modelldaten des Werkzeugs T, das an der Spindel 55 montiert ist,
und die Modelldaten des Werkstücks W, das an dem Tisch 56 montiert
ist, und die Modelldaten der Komponenten, wobei das Werkzeug T und
das Werkstück W in Bezug zueinander stehen.
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Der
Modelldatenaktualisierungsabschnitt 14 führt eine
Folge von Prozessen durch, wie es in 5 gezeigt
ist, um die Modelldaten der gesamten Werkzeugmaschine 50,
abgespeichert in dem ersten Modelldatenspeicherabschnitt 13,
zu aktualisieren. Der Aktualisierungsvorgang wird synchron mit den aktuellen
Bewegungen des ersten Sattels 52, des zweiten Sattels 53 und
des Spindelkopfs 54 durchgeführt.
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Wie
in 5 gezeigt, werden zunächst durch den
Modelldatenaktualisierungsabschnitt 14 die Modelldaten
der gesamten Werkzeugmaschine 50, die in dem ersten Modelldatenspeicherabschnitt 13 abgespeichert
sind, ausgelesen (Schritt S1), und danach wird ein Zähler
von n auf 1 gesetzt (Schritt S2), und von der digitalen Steuervorrichtung 61 wird
der Ausführungsbefehl in den ersten Block des Verarbeitungsprogramms
empfangen (Schritt S3).
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Als
nächstes wird durch den Modelldatenaktualisierungsabschnitt 14 der
Ausführungsbefehl erkannt, der im Schritt S3 empfangen
wurde, und es werden die Interpolationspunkte berechnet (Schritt S4).
Wenn beispielsweise der erkannte Ausführungsbefehl ein
Befehl ist, um den ersten Sattel 52, den zweiten Sattel 53 und
den Spindelkopf 54 zu bewegen, so setzt der Modelldatenaktualisierungsabschnitt 14 eine
Vielzahl von Interpolationspunkten auf ihren jeweiligen Bewegungspfaden
zwischen ihren jeweiligen Bewegungsanfangspunkten und Bewegungsendpunkten
und berechnet die Positionen von jedem Interpolationspunkt. Durch solche
Interpolation werden, wie später erläutert, die
Modelldaten des ersten Sattels 52, des zweiten Sattels 53 und
des Spindelkopfs 54 erzeugt, die sich schrittweise von
ihren jeweiligen Bewegungsanfangspunkten zu ihren jeweiligen Bewegungsendpunkten
bewegen.
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Danach
setzt der Modelldatenaktualisierungsabschnitt 14 einen
Zähler von n auf 1 (Schritt S5) und erzeugt die Modelldaten
des ersten Sattels 52, des zweiten Sattels 53 und
des Spindelkopfs 54, die jeweils zu dem ersten Punkt auf
ihrem jeweiligen Bewegungspfad bewegt werden (Schritt S6). Wenn sich
zu diesem Zeitpunkt die Modelldaten des Werkzeugs T und die Modelldaten
des Werkstücks W teilweise überlappen, berechnet
der Modelldatenaktualisierungsabschnitt 14 den Überlappungsbereich (Schnittbereich)
mittels Boolscher Berechnung und erzeugt die Modelldaten des Werkstücks
W, so dass der Schnittbereich aus dem Werkstück W entfernt wird.
Danach werden im Schritt S7 die erzeugten Modelldaten in den ersten
Modelldatenspeicherabschnitt 13 abgespeichert, um die Modelldaten
in dem ersten Modelldatenspeicherabschnitt 13 zu aktualisieren.
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Und
während der Zähler m aktualisiert wird, werden
die Arbeitsvorgangsschritte S6 und S7 wiederholt, bis die Modelldaten
des ersten Sattels 52, des zweiten Sattels 53 und
des Spindelkopfs 54 jeweils zum letzten Punkt auf ihren
jeweiligen Bewegungspfaden bewegt worden sind (das heißt
denjenigen Bewegungspositionen, die dem Bewegungsbefehl entsprechen),
und die Modelldaten in dem ersten Modelldatenspeicherabschnitt 13 werden
aktualisiert (Schritte S8 und S9).
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Während
der Zähler n aktualisiert wird, werden darüber
hinaus auch die Prozessschritte S3 bis S9 in Bezug auf alle Blöcke
in dem Arbeitsvorgangsprogramm durchgeführt (Schritte S10
und S11). Danach ist die Prozessfolge abgeschlossen.
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Der
virtuelle Bilderzeugungsabschnitt 15 erzeugt zweidimensionale
Bilddaten (virtuelle Bilddaten) von dem Werkzeug T und dem Werkstück
W mittels Berechnung durch einen Computer auf der Basis von dem
Parameter, der in dem Kameraparameterspeicherabschnitt 12 abgelegt
ist, und den Modelldaten, die in dem ersten Modelldatenspeicherabschnitt 13 abgelegt
sind.
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Insbesondere
ist der virtuelle Bilderzeugungsabschnitt 15 so ausgelegt,
dass eine Folge von Prozessen durchgeführt wird, die in 6 gezeigt sind.
Zunächst liest der virtuelle Bilderzeugungsabschnitt 15 die
Parameter aus, die in dem Kameraparameterspeicherabschnitt 12 abgelegt
sind (Schritt S21). Danach liest der virtuelle Bilderzeugungsabschnitt 15 die
Modelldaten des Werkzeugs T und Werkstücks W aus, die in dem
ersten Modelldatenspeicherabschnitt 13 abgelegt sind (Schritt
S22).
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Als
nächstes richtet der virtuelle Bilderzeugungsabschnitt 15 einen
dreidimensionalen Raum mit demselben Koordinatensystem wie das Koordinatensystem
der Werkzeugmaschine 50 virtuell ein (Schritt S23). Danach
ordnet der virtuelle Bilderzeugungsabschnitt 15 dreidimensionale
Modelle von dem Werkzeug T und dem Werkstück W in dem dreidimensionalen
Raum auf der Basis der eingelesenen Parameter und Modelldaten des
Werkzeugs T und Werkstücks W an und richtet gleichzeitig
eine virtuelle CCD-Kamera 15a ein und positioniert diese (Schritt
S24). Zu diesem Zeitpunkt ist die virtuelle CCD-Kamera 15a an
derselben Position und in derselben Ausrichtung wie die reale CCD-Kamera 11 auf der
Basis der eingelesenen extrinsischen Parameter angeordnet. Daher
stimmt der Beobachtungspunkt der virtuellen CCD-Kamera 15a mit
dem Beobachtungspunkt der realen CCD-Kamera 11 überein.
Darüber hinaus werden die intrinsischen Parameter der virtuellen
CCD-Kamera 15a so gesetzt, dass sie die gleichen wie die
intrinsischen Parameter der realen CCD-Kamera 11 sind,
in Abhängigkeit von den eingelesenen intrinsischen Parametern.
Daher stimmen die Bedingungen der virtuellen CCD-Kamera 15a mit denen
der realen CCD-Kamera 11 überein.
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Anschließend
werden zweidimensionale Bilddaten erzeugt, von denen angenommen
wird, dass sie erfasst wurden, als das Werkzeug T und das Werkstück
W, dargestellt durch dreidimensionale Modelle, durch die virtuelle
CCD-Kamera 15a aufgenommen wurden, und die erzeugten zweidimensionalen
Bilddaten werden an den Ausgabeabschnitt 17 übermittelt
(Schritt S25). Beispiele für das virtuelle Bild, das durch
den virtuellen Bilderzeugungsabschnitt 15 erzeugt wurde,
sind in den 3(b) und 4(b) gezeigt.
Obgleich die Geometrien der Spindel 55 und des Tisches 56 durch
Strichdoppelpunktlinien in 3(b) und 4(b) angedeutet sind, sind es nur das Werkzeug
T und das Werkstück W, die als virtuelles Bild erfasst
wurden.
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Der
Taktgeber 16 synchronisiert die Abbildungszeiten der realen
CCD-Kamera 11 und der virtuellen CCD-Kamera 15a.
Durch diese Synchronisierung der Zeit werden das reale Werkzeug
T sowie das Werkzeug T und das Werkstück W, dargestellt durch
dreidimensionale Modelle, zu demselben Zeitpunkt abgebildet.
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Der
Ausgabeabschnitt 17 erzeugt zusammengesetzte Bilddaten
auf der Basis von zweidimensionalen Bilddaten (reale Bilddaten),
die von der realen CCD-Kamera 11 ausgegeben werden, und
den zweidimensionalen Bilddaten (virtuellen Bilddaten), die von
dem virtuellen Bilderzeugungsabschnitt 15 übertragen
werden, und zeigt die erzeugten, zusammengesetzten Bilddaten auf
der Bildschirmanzeigevorrichtung 18 an.
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Insbesondere
erzeugt der Ausgabeabschnitt 17 seinerseits auf der Basis
der realen Bilddaten und virtuellen Bilddaten mit Bezug auf den
gleichen Zeitpunkt, die von der realen CCD-Kamera 11 bzw.
dem virtuellen Bilderzeugungsabschnitt 15 erfasst wurden,
durch Überlagerung des virtuellen Bildes und des realen
Bildes zusammengesetzte Bilddaten. Die zusammengesetzten Bilddaten,
die auf diese Art und Weise erzeugt wurden, werden ihrerseits auf
der Bildschirmanzeigevorrichtung 18 dargestellt. Der Ausgabeabschnitt 17 ist
ausgelegt, das virtuelle Bild durchsichtig zu lassen und zu überlagern,
wenn das virtuelle Bild mit dem realen Bild überlagert
wird. Da das Koordinatensystem des realen Bildes gleich dem Koordinatensystem
des virtuellen Bildes ist, werden das virtuelle Bild des Werkzeugs
T und Werkstücks W an den entsprechenden Positionen im
realen Bild überlagert.
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Beispiele
für das zusammengesetzte Bild, das durch den Ausgabeabschnitt 17 erzeugt
wird, sind in den 3(c) und 4(c) gezeigt. In 3(c) ist ein
Bild gezeigt, das durch Überlagerung eines virtuellen Bildes
mit dem Werkzeug T sowie dem Werkstück W und eines realen
Bildes mit dem Werkzeug T erzeugt wurde, und in 4(c) ist
ein Bild gezeigt, das durch Überlagerung eines virtuellen
Bildes mit dem Werkzeug T sowie dem Werkstück W und eines realen
Bildes mit dem Werkzeug T sowie dem Werkstück W erzeugt
wurde. Wenn die Positionen und die Geometrien von dem realen Werkzeug
T und dem Werkstück W sowie den Modelldaten davon übereinstimmen,
werden das Werkzeug T und das Werkstück W in dem virtuellen
Bild an den Positionen des Werkzeugs T und des Werkstücks
W in dem realen Bild überlagert. Wenn die Positionen und
die Geometrien von dem realen Werkzeug T und dem Werkstück
W sowie den Modelldaten davon nicht übereinstimmen, wie
es in 4(c) gezeigt ist, so wird das virtuelle
Bild derart überlagert, dass das Werkzeug T und das Werkstück
W in dem virtuellen Bild gegenüber den Positionen des Werkzeugs
T und Werkstücks W in dem realen Bild verschoben sind.
In 4(c) ist ein Bild gezeigt, bei
dem die Positionen der Werkstücke W nicht übereinstimmen.
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Ähnlich
wie bei dem ersten Modelldatenspeicherabschnitt 13 werden
in dem zweiten Modelldatenspeicherabschnitt 19 beispielsweise
die vorher erzeugten Daten des dreidimensionalen Modells der gesamten
Werkzeugmaschine 50 abgespeichert.
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Der
Störungsprüfabschnitt 20 prüft,
in Abhängigkeit von den Modelldaten, die in dem zweiten Modelldatenspeicherabschnitt 19 gespeichert
sind, und den vorgesagten Positionen, die von der digitalen Steuervorrichtung 61 übermittelt
wurden, ob die Bewegungen des ersten Sattels 52, des zweiten
Sattels 53 und des Spindelkopfs 54 zu einer Störung
zwischen dem Gestell 51, dem erstem Sattel 52,
dem zweitem Sattel 53, dem Spindelkopf 54, der
Spindel 55, dem Tisch 56, dem Werkzeug T und dem
Werkstück W führen.
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Speziell
ist der Störungsprüfabschnitt 20 dazu
ausgelegt, eine Folge von Prozessen durchzuführen, wie
sie in 7 gezeigt sind. Als erstes überprüft
der Störungsprüfabschnitt 20, ob die
vorausgesagten Positionen, die von der digitalen Steuervorrichtung 61 übermittelt
wurden, empfangen worden sind (Schritt S31). Wenn die vorausgesagten
Positionen empfangen werden, liest der Störungsprüfabschnitt 20 die
Modelldaten der gesamten Werkzeugmaschine 50 aus, die in
dem zweiten Modelldatenspeicherabschnitt 19 abgespeichert
sind (Schritt S32) und erzeugt Modelldaten für den ersten
Sattel 52, den zweiten Sattel 53 und den Spindelkopf 54, welche
an ihre jeweilige, vorausgesagte Position bewegt werden (Schritt
S33).
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Danach
prüft der Störungsprüfabschnitt 20 in Abhängigkeit
von den erzeugten Modelldaten, ob sich das Gestell 51,
der erste Sattel 52, der zweite Sattel 53, der
Spindelkopf 54, die Spindel 55, der Tisch 56,
das Werkzeug T und das Werkstück W gegenseitig stören,
das heißt, ob es einen Kontaktbereich oder Überlappungsbereich
zwischen diesen Modelldaten gibt (Schritt S34).
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Wenn
festgestellt wird, dass es einen Kontaktbereich oder Überlappungsbereich
zwischen den Modelldaten gibt, fährt der Störungsprüfabschnitt 20 damit
fort zu überprüfen, ob der Kontakt oder die Überlappung
an einer Kante des Werkzeugs T und des Werkstücks W auftritt
(Schritt S35). Wenn sich herausstellt, dass dieser nicht zwischen
der Kante des Werkzeugs T und des Werkstücks W auftritt, schließt
der Störungsprüfabschnitt 20 daraus,
dass die Störung zwischen dem Gestell 51, dem
ersten Sattel 52, dem zweiten Sattel 53, dem Spindelkopf 54,
der Spindel 55, dem Tisch 56, dem Werkzeug T und
dem Werkstück W auftritt und sendet ein Alarmsignal an
die digitale Steuervorrichtung 61, um den Betrieb zu unterbrechen,
und auf der Bildschirmanzeigevorrichtung 18 wird ein Alarm
angezeigt (Schritt S36).
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Wenn
auf der anderen Seite in Schritt S35 festgestellt wird, dass der
Kontakt oder die Überlappung zwischen der Kante des Werkzeugs
T und dem Werkstück W auftritt, schließt der Störungsprüfabschnitt 20 daraus,
dass es sich um eine Bearbeitung des Werkstücks W handelt
und nicht um eine Störung. Und der Störungsprüfabschnitt 20 berechnet den
Schnittbereich mittels einer Boolschen Berechnung (Schritt S37)
und führt anschließend den Schritt S38 der Prozessabfolge
aus.
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Wenn
darüber hinaus in Schritt S34 festgestellt wird, dass zwischen
den Modelldaten weder ein Kontakt noch eine Überlappung
besteht, führt der Störungsprüfabschnitt 20 den
Prozess gemäß Schritt S38 durch. Im Schritt S38
werden die erzeugten Modelldaten in dem zweiten Modelldatenspeicherabschnitt 19 abgelegt,
um die Modelldaten in dem zweiten Modelldatenspeicherabschnitt 19 zu
aktualisieren. Wenn es einen Schnittbereich gibt, werden die Modelldaten
des Werkstücks W aktualisiert, so dass der Schnittbereich
entfernt wird.
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Die
Prozesse der Schritte S31 bis S38 werden wiederholt, bis die Störungsüberprüfung
beendet ist (Schritt S39).
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Bei
der Arbeitsvorgangssimulationsvorrichtung 1, die auf die
Art gemäß der vorliegenden Ausführungsform
konfiguriert ist, wird die Arbeitsvorgangssimulation wie im Folgenden
beschrieben durchgeführt. Die Arbeitsvorgangssimulation
wird in einem Zustand durchgeführt, in welchem das Werkstück
W beispielsweise nicht auf dem Tisch 56 montiert ist.
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Zunächst
wird der Kameraparameter der realen CCD-Kamera 11 in dem
Kameraparameterspeicherabschnitt 12 abgelegt, und die Modelldaten
der gesamten Werkzeugmaschine 50 werden in jedem der Modelldatenspeicherabschnitte 13 und 19 abgelegt.
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Wenn
die Antriebsmechanismen 57, 58 und 59 und
der Spindelmotor 60 durch die digitale Steuervorrichtung 61 je
nach einem Ausführungsbefehl angetrieben werden, so werden
anschließend die Modelldaten der gesamten Werkzeugmaschine 50 in dem
ersten Modelldatenspeicherabschnitt 13 durch den Modelldatenaktualisierungsabschnitt 14 gleichzeitig
zu den realen Bewegungen des ersten Sattels 52, des zweiten
Sattels 53 und des Spindelkopfs 54 in Abhängigkeit
von dem Ausführungsbefehl aktualisiert, den die digitale
Steuervorrichtung 61 erhalten hat.
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Ein
Bereich, der die Spindel 55, an der das Werkzeug T montiert
ist, sowie den Tisch 56 enthält, auf dem das Werkstück
W nicht montiert ist, wird durch die aktuelle CCD-Kamera 11 in
einem bestimmten Zeitintervall aufgenommen, und es werden reale
Bilddaten erzeugt (siehe 3(a)). Und
gleichzeitig werden durch den virtuellen Bilderzeugungsabschnitt 15 in
Abhängigkeit von dem Parameter in dem Kameraparameterspeicherabschnitt 12 und
den Modelldaten in dem ersten Modelldatenspeicherabschnitt 13 virtuelle
Bilddaten des Werkzeugs T und Werkstücks W erzeugt, die
durch dreidimensionale Modelle dargestellt sind (siehe 3(b)). Diese virtuellen Bilddaten sind
Bilddaten, von denen angenommen wird, dass sie aufgenommen wurden,
als das Werkzeug T und das Werkstück W, die durch dreidimensionale
Modelle dargestellt sind, mit der virtuellen CCD-Kamera 15a unter
denselben Bedingungen wie denen der realen CCD-Kamera 11 aufgenommen wurde;
und zwar von demselben Beobachtungspunkt und zu demselben Zeitpunkt
wie durch die reale CCD-Kamera 11.
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Danach
werden in Abhängigkeit von den realen Bilddaten, die durch
die reale CCD-Kamera 11 erzeugt wurden, und den virtuellen
Bilddaten, die durch den virtuellen Bilderzeugungsabschnitt 15 erzeugt
wurden, zusammengesetzte Bilddaten erzeugt durch den Ausgabeabschnitt 17,
wobei diese durch Überlagerung eines durchsichtigen, virtuellen
Bildes und eines realen Bildes erzeugt werden, und das so erzeugte
zusammengesetzte Bild wird auf der Bildschirmanzeigevorrichtung 18 angezeigt
(siehe 3(c)). Der Bediener kann einen
Bewegungszustand des Werkzeugs T und eine Einstellung für
den Arbeitsvorgang durch das Bild überprüfen,
das in dieser Art dargestellt ist.
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Während
die Antriebsmechanismen 57, 58 und 59 und
der Spindelmotor 60 angesteuert werden, überprüft
der Störungsprüfabschnitt 20 in Abhängigkeit
von den Modelldaten in dem zweiten Modelldatenspeicherabschnitt 19 und
den vorausgesagten Positionen, die von der digitalen Steuervorrichtung 61 übertragen
wurden, ob sich das Gestell 51, der erste Sattel 52,
der zweite Sattel 53, der Spindelkopf 54, die
Spindel 55, der Tisch 56, das Werkzeug T und das
Werkstück W gegenseitig stören. Wenn eine Störung
bestätigt wird, wird ein Alarmsignal von dem Störungsprüfabschnitt 20 an
die digitale Steuervorrichtung 61 gesendet, um die Antriebsmechanismen 57, 58 und 59 und
den Spindelmotor 60 anzuhalten. Da der Störungsüberprüfungsvorgang
in Abhängigkeit von den vorausgesagten Positionen durchgeführt
wird, werden die Antriebsmechanismen 57, 58 und 59 angehalten,
bevor sich das Gestell 51, der erste Sattel 52,
der zweite Sattel 53, der Spindelkopf 54, die
Spindel 55, der Tisch 56, das Werkzeug T und das
Werkstück W einander real berühren.
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Wenn
bei der Arbeitsvorgangssimulierung kein Problem mit dem NC-Programm
auftritt, wird das Werkstück W auf dem Tisch 56 montiert.
Und anschließend wird ein Bereich einschließlich
der Spindel 55, an die das Werkzeug T montiert ist, und
des Tisches 56, auf dem das Werkstück W montiert
ist, durch die reale CCD-Kamera 11 aufgenommen, und es
werden zweidimensionale Bilddaten (reale Bilddaten) davon erzeugt
(siehe 4(a)). Darüber hinaus werden
virtuelle Bilddaten des Werkzeugs T und des Werkstücks
W, die durch dreidimensionale Modelle dargestellt sind, durch den
virtuellen Bilderzeugungsabschnitt 15 erzeugt (siehe 4(b)).
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Als
nächstes werden durch den Ausgabeabschnitt 17 zusammengesetzte
Bilddaten erzeugt, indem die virtuellen Bilddaten und realen Bilddaten überlagert
werden, und das erzeugte zusammengesetzte Bild wird auf der Bildschirmanzeigevorrichtung 18 angezeigt
(siehe 4(c)). Der Bediener kann durch
das Bild, das auf diese Art und Weise dargestellt ist, prüfen, ob
die Modelldaten des Werkzeugs T und des Werkstücks W mit
den realen Geometrien des Werkzeugs T und Werkstücks W übereinstimmen
und ob die Anordnungsposition des Werkstücks W in dem virtuellen
dreidimensionalen Raum mit der realen Anordnungsposition davon übereinstimmt.
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Damit
wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform
der Arbeitsvorgangssimulationsvorrichtung 1 ein zusammengesetztes
Bild, das durch Überlagerung eines durchsichtigen virtuellen
Bildes und eines realen Bildes erzeugt wird, auf der Bildschirmanzeigevorrichtung 18 dargestellt.
Auf diese Art kann der Bediener die Bewegungen des Werkzeugs T und des
Werkstücks W, die durch virtuelle Bilder dargestellt sind, überprüfen,
während der reale Zustand der Werkzeugmaschine 50 überprüft
wird. Es ist daher möglich, eine realistischere und genauere
Arbeitsvorgangssimulation zu erreichen.
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Obgleich
die Bilder von dem Werkzeug T und dem Werkstück W von der
virtuellen CCD-Kamera 15a aufgenommen wurden, ist es nicht
notwendig, die Werkzeugmaschine 50 real in Betrieb zu nehmen, nachdem
die Arbeitsvorgangssimulation durchgeführt wurde, um das
NC-Programm zu verifizieren, wenn die Modelldaten des Werkzeugs
T und des Werkstücks W mit den realen Geometrien von diesen übereinstimmen
und die Anordnungsposition des Werkstücks W in dem virtuellen
dreidimensionalen Raum mit dessen realen Anordnungsposition übereinstimmt.
Daher kann die Verifizierung des NC-Programms abgeschlossen werden
allein aufgrund dieser Arbeitsvorgangssimulation, was einer Effizienzsteigerung
entspricht.
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Das
virtuelle Bild des Werkzeugs T und des Werkstücks W ist
durchsichtig, so dass es deswegen möglich ist, das reale
Bild durch dieses virtuelle Bild hindurch zu prüfen. Daher
kann der Bediener das Werkzeug T und das Werkstück W in
dem virtuellen Bild und das Werkzeug T und das Werkstück
W in dem realen Bild vergleichen, um zu überprüfen,
ob sie übereinstimmen. Wenn sie übereinstimmen,
ist es möglich, den eigentlichen Arbeitsvorgang der Werkzeugmaschine 50 wegzulassen,
um das NC-Programm zu verifizieren.
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Es
ist damit eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
oben beschrieben worden. Spezielle Arten, in denen die Erfindung
realisiert werden kann, sind jedoch nicht auf diese beschränkt.
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In
der obigen Ausführungsform ist der virtuelle Bilderzeugungsabschnitt 15 so
ausgelegt, dass zweidimensionale Bilddaten des Werkzeugs T und des
Werkstücks W erzeugt werden. Da jedoch Aufspannvorrichtungen
benutzt werden, wenn das Werkstück W auf dem Tisch 56 befestigt
wird, kann der virtuelle Bilderzeugungsabschnitt 15 so
ausgelegt werden, dass zweidimensionale Bilddaten des Werkzeugs
T, des Werkstücks W und der Aufspannvorrichtungen erzeugt
werden. Wenn die Konfiguration auf diese Art erfolgt, ist es möglich,
noch realistischere und genauere Arbeitsvorgangssimulationen durchzuführen.
Durch Vergleich der Aufspannvorrichtungen in dem virtuellen Bild
und der Aufspannvorrichtungen in dem realen Bild ist es außerdem möglich,
zu überprüfen, ob die Modelldaten der Aufspannvorrichtungen
die realen Geometrien von diesen widerspiegeln und ob die Anordnungspositionen der
Aufspannvorrichtungen in dem dreidimensionalen Raum die realen Anordnungspositionen
davon wiedergeben.
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In
der obigen Ausführungsform wird die Arbeitsvorgangssimulation
in einem Zustand durchgeführt, in dem das Werkzeug T auf
die Spindel 55 montiert ist und das Werkstück
W nicht auf dem Tisch 56 montiert ist. Dies bedeutet jedoch
keine Einschränkung, und die Arbeitsvorgangssimulation
kann ebenso in einem Zustand durchgeführt werden, in dem das
Werkzeug T nicht auf die Spindel 55 montiert ist und das
Werkstück W auf dem Tisch 56 montiert ist, oder
in einem Zustand, in dem das Werkzeug T nicht auf der Spindel 55 und
das Werkstück W nicht auf dem Tisch 56 montiert
ist.
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Darüber
hinaus sind die Anordnungsposition und die Zahl der realen CCD-Kameras 11 nicht
auf diejenigen in der obigen Ausführungsform beschränkt.
Beispielsweise kann eine reale CCD-Kamera 11 an jeder Ecke
des Gestells 51 angeordnet sein. Wenn mehrere CCD-Kameras 11 angeordnet werden,
richtet der virtuelle Bilderzeugungsabschnitt 15 dieselbe
Anzahl von virtuellen CCD-Kameras 15a ein wie von realen
CCD-Kameras 11. Wenn darüber hinaus mehrere reale
CCD-Kameras 11 und mehrere virtuelle CCD-Kameras 15a vorgesehen
werden, kann ein zusammengesetztes Bild von der vom Bediener ausgewählten
realen CCD-Kamera 11 und einer entsprechenden virtuellen
CCD-Kamera 15a auf der Bildschirmanzeigevorrichtung 18 dargestellt
werden, oder die Bildschirmanzeigevorrichtung 18 kann in
mehrere Anzeigebereiche unterteilt werden, wobei in jedem davon
ein zusammengesetztes Bild angezeigt werden kann, das einer der
realen CCD-Kameras 11 und virtuellen CCD-Kameras 15a entspricht.
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Der
Störungsprüfabschnitt 20 kann so ausgelegt
sein, dass er von der digitalen Steuervorrichtung 61 einen
Befehl erhält, den ersten Sattel 52, den zweiten
Sattel 53 und den Spindelkopf 54 oder die gegenwärtigen
Positionen des ersten Sattels 52, des zweiten Sattels 53 und
des Spindelkopfs 54 zu beeinflussen und in Abhängigkeit
von den empfangenen Ausführungsbefehlen oder vorliegenden
Positionen und Störungsbestimmungsbereichen außerhalb
des Modells von dem Gestell 51, dem ersten Sattel 52, dem
zweiten Sattel 53, dem Spindelkopf 54, der Spindel 55,
dem Tisch 56, dem Werkzeug T und dem Werkstück
W zu prüfen, ob Störungen auftreten. Speziell
wird durch den Störungsprüfabschnitt 20 festgestellt,
dass eine Störung auftritt, wenn die Modelldaten des ersten
Sattels 52, des zweiten Sattels 53 und des Spindelkopfs 54 in
die Störungsbestimmungsbereiche eintreten.
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Darüber
hinaus gibt es für die Werkzeugmaschine 50 mit
der Arbeitsvorgangssimulationsvorrichtung 1 keine weitere
Einschränkung, und jede Werkzeugmaschine 50 ist
denkbar. Beispielsweise kann die Arbeitsvorgangssimulationsvorrichtung 1 Teil
einer Drehbank oder dergleichen anstelle einer Arbeitsvorgangszentrale
sein, wie es der Fall bei der obigen Ausführungsform ist.
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- 1
- Arbeitsvorgangssimulationsvorrichtung
- 11
- reale
CCD-Kamera
- 12
- Kameraparameterspeicherabschnitt
- 13
- erster
Modelldatenspeicherabschnitt
- 14
- Modelldatenaktualisierungsabschnitt
- 15
- virtueller
Bilderzeugungsabschnitt
- 16
- Taktgeber
- 17
- Ausgabeabschnitt
- 18
- Bildschirmanzeigevorrichtung
- 19
- zweiter
Modelldatenspeicherabschnitt
- 20
- Störungsprüfabschnitt
- 50
- Werkzeugmaschine
- 55
- Spindel
- 56
- Tisch
- 61
- digitale
Steuervorrichtung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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