DE102009017795A1 - Arbeitsvorgangssimulationsverfahren und Arbeitsvorgangssimulationsvorrichtung - Google Patents

Arbeitsvorgangssimulationsverfahren und Arbeitsvorgangssimulationsvorrichtung Download PDF

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Tetsuo Davis Ogawa
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Arbeitsvorgangssimulationsvorrichtung in einer Werkzeugmaschine mit einer Werkzeughaltevorrichtung, einer Werkstückhaltevorrichtung, einer Antriebsvorrichtung und einer Antriebssteuerung und ist ausgestattet mit einer realen CCD-Kamera zum Abbilden eines Werkzeuges, das von der Werkzeughaltevorrichtung gehalten wird, und der Werkzeughaltevorrichtung, die kein Werkstück hält, zum Erzeugen von realen Bilddaten, einem Modelldatenaktualisierungsabschnitt zum Erzeugen von Modelldaten mit Bezug auf den Zeitpunkt, zu dem die Haltevorrichtung in Abhängigkeit von dem Ausführungsbefehl bewegt wird, der von der Antriebssteuerung und den Modelldaten der Haltevorrichtung, des Werkzeuges und des Werkstückes empfangen wird; einem virtuellen Bilderzeugungsabschnitt zum Erzeugen von virtuellen Bilddaten des Werkzeuges und des Werkstückes in Abhängigkeit von den erzeugten Modelldaten und einem Ausgabeabschnitt zum Erzeugen von zusammengesetzten Bilddaten durch Überlagerung des virtuellen Bildes und des realen Bildes und zur Darstellung der zusammengesetzten Bilddaten auf einer Bildschirmanzeigevorrichtung.

Description

  • Technisches Gebiet
  • 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.
  • Technischer Hintergrund
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Lösung
  • 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.
  • Das Arbeitsvorgangssimulationsverfahren ist vorzugsweise mit der folgenden Arbeitsvorgangssimulationsvorrichtung durchführbar.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Vorteile der Erfindung
  • Entsprechend ist es möglich, mit dem Arbeitsvorgangssimulationsverfahren und der Arbeitsvorgangssimulationsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine realistische und genaue Arbeitsvorgangssimulation durchzuführen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist das Blockdiagramm einer schematischen Konfiguration einer Arbeitsvorgangssimulationsvorrichtung und anderer Komponenten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist die perspektivische Darstellung einer schematischen Konfiguration einer Werkzeugmaschine, die ausgestattet ist mit der Arbeitsvorgangssimulationsvorrichtung gemäß der Ausführungsform.
  • 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.
  • 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.
  • 5 zeigt ein Flussdiagramm mit einer Abfolge von Prozessen in einem Modelldatenaktualisierungsabschnitt gemäß der Ausführungsform.
  • 6 zeigt ein Flussdiagramm mit einer Abfolge von Prozessen in dem Abschnitt für die virtuelle Bilderzeugung und Verarbeitung gemäß der Ausführungsform.
  • 7 zeigt ein Flussdiagramm mit einer Abfolge von Prozessen in einem Abschnitt für eine Störungsüberprüfung gemäß der Ausführungsform.
  • Beschreibung der Ausführungsform
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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).
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • Die Prozesse der Schritte S31 bis S38 werden wiederholt, bis die Störungsüberprüfung beendet ist (Schritt S39).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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)).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - JP 2006-85485 [0004]

Claims (3)

  1. Arbeitsvorgangssimulationsverfahren in einer Werkzeugmaschine (50) mit: einer Werkzeughaltevorrichtung (55) zum Halten eines Werkzeugs (T), einer Werkstückhaltevorrichtung (56) zum Halten eines Werkstücks (W), Antriebsvorrichtungen (57, 58, 59) zum Betätigen einer oder beider Haltevorrichtungen, einer Antriebssteuerung (61) zum Steuern der Betätigung der Antriebsvorrichtung in Abhängigkeit von einem Befehl zum Betätigen einer oder beider Haltevorrichtungen, und einer Bildschirmanzeigevorrichtung (18) zum Anzeigen von Bilddaten, dadurch gekennzeichnet, dass 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 (11) 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 (15a) 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.
  2. Arbeitsvorgangssimulationsvorrichtung (1) für eine Werkzeugmaschine (50) mit einer Werkzeughaltevorrichtung (55) zum Halten eines Werkzeugs (T), einer Werkstückhaltevorrichtung (56) zum Halten eines Werkstücks (W), einer Antriebsvorrichtung (57, 58, 59) zum Betätigen einer oder beider Haltevorrichtungen, einer Antriebssteuerung (61) zum Steuern der Betätigung der Antriebsvorrichtung in Abhängigkeit von einem Befehl, eine oder beide Haltevorrichtungen zu betätigen, und einer Bildschirmanzeigevorrichtung (18) zum Anzeigen von Bilddaten, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsvorgangssimulationsvorrichtung umfasst: eine Abbildungsvorrichtung (11) 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 (13) zum Abspeichern von Daten der dreidimensionalen Modelle der Haltevorrichtung, des Werkzeugs und des Werkstücks; eine Modelldatenaktualisierungsvorrichtung (14) 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 (15) 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 (15a), 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 (17), 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.
  3. Arbeitsvorgangssimulationsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Abbildungsvorrichtung so konfiguriert ist, dass sie das Werkzeug, das durch die Werkzeughaltevorrichtung gehalten wird, und das Werkstück, das durch die Werkstückhalterung gehalten wird, von einem vorgegebenen Beobachtungspunkt aus in einem bestimmten Zeitintervall abbildet und dann zweidimensionale Bilddaten erzeugt, und die Ausgabevorrichtung so konfiguriert ist, dass sie zusammengesetzte Bilddaten erzeugt, bei denen das virtuelle zweidimensionale Bild durchsichtig ist und die zusammengesetzten Bilddaten auf der Bildschirmanzeigevorrichtung angezeigt werden.
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