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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Gerät zum Anzeigen des Werkzeugswegs
für Werkzeugmaschinen und insbesondere ein Anzeigegerät,
das die Übereinstimmung zwischen der Position einer Werkzeugspitze
auf einem dreidimensionalen Weg und der Position auf einer Zeitachse
von Zeitfolge-Wellenformdaten für sämtliche Achsen
erfasst.
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2. Beschreibung des dazu gehörigen
Fachgebietes
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Einige
derzeit verwendete numerische Steuervorrichtungen zum Steuern von
Werkzeugmaschinen haben eine Funktion zum Anzeigen eines festgelegten
Weges oder eine Funktion zum Anzeigen des Wegs, auf dem das Werkzeug
tatsächlich bewegt wird.
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Die
offengelegte
japanische Patentanmeldung
Nr. 7-5908 offenbart ein Mess- bzw. Überwachungsgerät,
das ein Positionssignal usw. von geeigneten Punkten in einer Steuervorrichtung
erhält, die die Position und die Geschwindigkeit für
den Maschinenbetrieb steuert. Das Mess- bzw. Überwachungsgerät
erzeugt Zeitfolgedaten, indem es die erhaltenen Signale in bestimmten
Intervallen abfragt, es zeigt graphisch einen Bewegungsweg in Echtzeit,
indem es die Zeitfolgedaten berechnet, wodurch die Steuervorrichtung überwacht
und die Genauigkeit des Bewegungswegs gemessen werden kann.
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Die
offengelegte
japanische Patentanmeldung
Nr. 2008-9637 offenbart ein Anzeigeverfahren für
ein NC-Programm zum Steuern der Bewegung sämtlicher Antriebsachsen.
Das NC-Programm berechnet und zeigt die Zielbewegungsposition für
jede Antriebsachse, den Bewegungsweg zu der Zielbewegungsposition
und den Vorschub an. Der tatsächliche Vorschub und seine
Beschleunigung bzw. Verlangsamung bei einer willkürlichen
Maschinenposition und die verstrichene Zeit können aus
der Anzeige erhalten werden, so dass der Zustand des NC-Programms erkannt
werden kann.
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Eine
5-Achsen-Werkzeugmaschine hat eine Rotationsachse als Antriebsachse,
so dass es schwierig ist, intuitiv die Übereinstimmung
zwischen der Bewegung jeder Antriebsachse und der Bewegung der Werkzeugspitze
zu erfassen. Ist folglich eine bestimmte Position auf einer bearbeiteten
Oberfläche defekt, lässt sich der Teil, der dem
defekten Teil entspricht, sogar durch Messen der Wellenform jeder
arbeitenden Antriebsachse, schwer identifizieren.
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Die
offengelegte
japanische Patentanmeldung
Nr. 7-5908 oben schlägt eine Technik zum Berechnen
von Zeitfolge-Messdaten und Anzeigen des Werkzeugwegs vor, jedoch
schlägt es kein Verfahren zum Bestimmen charakteristischer
Punkte vor. Die offengelegte
japanische
Patentanmeldung Nr. 2008-9637 schlägt eine Technik
zum Feststellen der Gültigkeit eines NC-Programms vor,
jedoch schlägt es kein spezifisches Bewertungsverfahren
vor, das die tatsächlichen Positionsdaten jeder Antriebsachse verwendet
oder betrifft keine Assoziation zwischen dem Werkzeugweg und der
Wellenform jeder Antriebsachse.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines
Anzeigegerätes für eine Werkzeugmaschine, das
die Übereinstimmung zwischen der Position auf einem Weg
im dreidimensionalen Raum einer Werkzeugspitze, für die
die Position und die Lage durch die Antriebsachsen, darunter auch
eine Rotationsachse, gesteuert werden, und der Position in der Zeitachse
der Wellenformdaten für jede der Achsen optisch erfassen
kann.
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Das
erfindungsgemäße Anzeigegerät für eine
Werkzeugmaschine zeigt den Weg der Werkzeugspitze an, die an der
Werkzeugmaschine befestigt ist. Die Position und die Lage des Werkzeug
und des von dem Werkzeug bearbeiteten Werkstücks werden
durch eine Reihe von Antriebsachsen, darunter auch eine Rotationsachse,
gesteuert.
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Ein
erster Aspekt des Gerätes zum Anzeigen des Werkzeugwegs
beinhaltet eine Datenerfassungseinrichtung, die gleichzeitig Positionsinformation,
Geschwindigkeitsinformation, Beschleunigungsinformation, Positionsabweichungsinformation
und einen Drehmomentbefehl von den jeweiligen Antriebsachsen zu
Jedem Zeitpunkt als Zeitfolgedaten erfasst und speichert, eine Einrichtung
zur Berechnung des Werkzeugwegs, die die Raumkoordinaten der Werkzeugspitze
in Bezug auf ein an dem Werkstück fixierten Koordinatensystem
berechnet, wobei die Positionsinformation der jeweiligen Antriebsachsen
zu jedem Zeitpunkt und die Strukturinformation der Werkzeugmaschine
verwendet werden und man so den Weg der Werkzeugspitze im dreidimensionalen
Raum erhält, eine Anzeigeeinrichtung, die mindestens eine
Information des durch die Einrichtung zur Berechnung des Werkzeugwegs
erhaltenen Wegs der Werkzeugspitze im dreidimensionalen Raum und
der durch die Datenerfassungseinrichtung erhaltenen Zeitfolgedaten
als Zeitfolgewellenform anzeigt, eine Einrichtung zum Auswählen
des Werkzeugwegs, die jeden Teil des durch die Anzeigeeinrichtung
angezeigten Wegs der Werkzeugspitze im dreidimensionalen Raum auswählt,
und eine Einrichtung zum Ändern der ersten Anzeigeeigenschaft,
die eine Anzeigeeigenschaft des von der Einrichtung zur Auswahl
des Werkzeugwegs ausgewählten Teils des Wegs der Werkzeugspitze
im dreidimensionalen Raum und die Zeitfolge-Wellenform in einem
Zeitbereich ändert, in dem die Positionsinformation, die
den Raumkoordinaten unterliegt, die dem Teil des Wegs im dreidimensionalen
Raum entsprechen, erhalten wird.
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Das
Gerät zum Anzeigen des Werkzeugwegs kann zudem eine Einrichtung
zum Auswählen der Zeitachse, die einen Teil einer Zeitachse
der Zeitfolgewellenform auswählt, die von der Anzeigeeinrichtung
angezeigt wird, und eine Einrichtung zum Ändern der zweiten
Anzeigeeigenschaft, die eine Anzeigeeigenschaft der Zeitfolgewellenform,
welche dem von der Einrichtung zum Auswählen der Zeitachse
ausgewählten Teil der Zeitachse entspricht, sowie den Weg
der Werkzeugspitze im dreidimensionalen Raum, der dem von der Einrichtung
zum Auswählen der Zeitachse ausgewählten Teil
der Zeitachse entspricht, ädert.
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Ein
zweiter Aspekt des Gerätes zum Anzeigen des Werkzeugwegs
umfasst eine Datenerfassungseinrichtung, die gleichzeitig Positionsinformation,
Geschwindigkeitsinformation, Beschleunigungsinformation, Positionsabweichungsinformation
und einen Drehmomentbefehl von den jeweiligen Antriebsachsen zu
jedem Zeitpunkt als Zeitfolgedaten erfasst und speichert, eine Einrichtung
zur Berechnung des Werkzeugwegs, die die Raumkoordinaten der Werkzeugspitze
in Bezug auf ein an dem Werkstück fixierten Koordinatensystem
berechnet, wobei die Positionsinformation der jeweiligen Antriebsachsen
zu jedem Zeitpunkt und die Strukturinformation der Werkzeugmaschine
verwendet werden und man so den Weg der Werkzeugspitze im dreidimensionalen
Raum erhält, eine Anzeigeeinrichtung, die mindestens eine
Information des durch die Einrichtung zur Berechnung des Werkzeugwegs
erhaltenen Wegs der Werkzeugspitze im dreidimensionalen Raum, und
der durch die Datenerfassungseinrichtung erhaltenen Zeitfolgedaten
als Zeitfolgewellenform anzeigt, eine Einrichtung zum Auswählen
der Zeitachse, die einen Teil der Zeitachse einer Zeitfolgewellenform
auswählt, welcher von der Anzeigeeinrichtung angezeigt
wird; und eine Einrichtung zum Ändern der Anzeigeeigenschaft,
die eine Anzeigeeigenschaft der Zeitfolgewellenform, die dem durch
die Einrichtung zum Auswählen der Zeitachse ausgewählten
Teil der Zeitachse entspricht, und eine Anzeigeeigenschaft des Wegs
der Werkzeugspitze im dreidimensionalen Raum, der dem durch die
Einrichtung zum Auswählen der Zeitachse ausgewählten
Teil der Zeitachse entspricht, ändert.
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Die
Einrichtung zum Anzeigen des Werkzeugwegs umfasst zudem eine Einrichtung
zum Einstellen der ersten Schwelle, die ein Schwelle einstellt, welche
mit mindestens einem Wert von Positionsabweichung und Drehmomentbefehl
von den jeweiligen Antriebsachsen verglichen werden soll, wobei
die Einrichtung zum Auswählen der Zeitachse einen vorgegebenen
Zeitbereich auswählt, der den Zeitpunkt beinhaltet, bei
dem die Schwelle überschritten wird, wenn mindestens einer
der Werte von Positionsabweichung und Drehmomentbefehl die Schwelle überschreitet.
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Die
Einrichtung zum Anzeigen des Werkzeugwegs umfasst zudem eine Einrichtung
zum Berechnen der Positionsabweichung, die eine Positionsabweichung
der Rotationsachse mit dem Rotationsradius multipliziert, bei dem
es sich um den Abstand zwischen einer Rotationsmittelachse der Rotationsachse
und der Werkzeugspitze handelt, so dass man eine zweite Positionsabweichung
berechnet, und eine Einrichtung zum Einstellen der zweiten Schwelle,
die eine zweite Schwelle einstellt, die mit der von der Einrichtung
zum Berechnen der Positionsabweichung berechneten zweiten Positionsabweichung
verglichen werden soll, wobei die Einrichtung zum Auswählen
der Zeitachse einen vorgegebenen Zeitbereich auswählt,
der den Zeitpunkt beinhaltet, bei dem die zweite Schwelle überschritten wird,
wenn die zweite Positionsabweichung die zweite Schwelle überschreitet.
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Das
Gerät zum Anzeigen des Werkzeugwegs umfasst zudem eine
Einrichtung zum Berechnen des synthetischen Positionsabweichungswertes, die
einen Raumpositionsabweichungsvektor an der Werkzeugspitze unter
Verwendung der Positionsinformation, Positionsabweichung, und der
Maschinenstrukturinformation von den jeweiligen Antriebsachsen zu
jedem Zeitpunkt berechnet und die Länge des berechneten
Raumpositionsabweichungsvektors als synthetischen Positionsabweichungswert
berechnet und eine Einrichtung zum Einstellen der dritten Schwelle,
die eine dritte Schwelle einstellt, welche mit dem synthetischen
Positionsabweichungswert verglichen werden soll, der von der Einrichtung
zum Berechnen des synthetischen Positionsabweichungswertes berechnet
wurde, wobei die Einrichtung zum Auswählen der Zeitachse
einen vorgegebenen Zeitbereich auswählt, der den Zeitpunkt
beinhaltet, bei dem die dritte Schwelle überschritten wird, wenn
die dritte Positionsabweichung die dritte Schwelle überschreitet.
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Das
Gerät zum Anzeigen des Werkzeugwegs umfasst zudem eine
Einrichtung zum Berechnen der Schwerkraftlast, die ein Schwerkraft-Lastmoment
berechnet, das auf jede der Antriebsachsen ausgeübt wird,
wobei die vorgegebene Information der auf die Antriebsachse ausgeübten
Schwerkraft, die Maschinenstrukturinformation und die Positionsinformation
von den jeweiligen Antriebsachsen zu jedem Zeitpunkt verwendet werden,
eine Einrichtung zum Berechnen des Drehmomentbefehls, die einen zweiten
Drehmomentbefehl durch Subtrahieren des Schwerkraft-Lastmoments
von dem Drehmomentbefehl erhält und eine Einrichtung zum
Einstellen der vierten Schwelle, die mit dem zweiten Drehmomentbefehl
verglichen werden soll, der von der Einrichtung zum Berechnen des
Drehmomentbefehls berechnet wird, wobei die Einrichtung zum Auswählen der
Zeitachse einen vorgegebenen Zeitbereich auswählt, der
den Zeitpunkt beinhaltet, bei dem die vierte Schwelle überschritten
wird, wenn der zweite Drehmomentbefehl die vierte Schwelle überschreitet.
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Das
Gerät zum Anzeigen des Werkzeugwegs umfasst zudem eine
Einrichtung zum Berechnen von synthetischen Werten, die einen synthetischen
Geschwindigkeitsvektor oder einen synthetischen Beschleunigungsvektor
an der Werkzeugspitze berechnet, wobei die Positionsinformation
und die Maschinenstrukturinformation von den jeweiligen Antriebsachsen
zu jedem Zeitpunkt verwendet werden und die Länge des berechneten
Vektors als synthetische Geschwindigkeit oder synthetische Beschleunigung
berechnet werden, und eine Einrichtung zum Einstellen der fünften
Schwelle, die eine fünfte Schwelle einstellt, die mit der
synthetischen Geschwindigkeit oder der synthetischen Beschleunigung
verglichen werden soll, die von der Einrichtung zum Berechnen der
synthetischen Werte berechnet wurde, wobei die Einrichtung zum Auswählen
der Zeitachse einen vorgegebenen Zeitbereich auswählt, der
den Zeitpunkt beinhaltet, bei dem die fünfte Schwelle überschritten
wird, wenn die synthetische Geschwindigkeit oder die synthetische
Beschleunigung die fünfte Schwelle überschreitet.
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Mit
der vorstehenden Struktur kann das Gerät zum Anzeigen des
Werkzeugwegs intuitiv die Bewegung von jeder Achse in Reaktion auf
einen Punkt in dem Werkzeugweg erfassen und effizient die Bewegung
jeder Achse einstellen. Zudem ermöglicht ein Vergleich
mit den jeweiligen Schwellen, dass die Übereinstimmung
zwischen dem Werkzeugweg, der dem Bereich der Schwelle nicht entspricht,
und den jeweiligen Zeitfolgeinformationspunkten eindeutig definiert
wird, so dass eine Achse oder ein Punkt in dem Werkzeugweg mit einer
charakteristischen Bewegung identifiziert wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
Zwecke und die Vorteile der vorliegenden Erfindung einschließlich
der vorstehend beschriebenen, werden anhand der beigefügten
Zeichnungen zusammen mit der Beschreibung der nachstehend aufgeführten
Ausführungsform erläutert.
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Es
zeigt:
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1,
ein Blockschema, schematisch die Struktur einer numerischen Steuervorrichtung,
die eine Werkzeugmaschine steuert, bei der ein erfindungsgemäßes
Gerät zum Anzeigen des Werkzeugwegs verwendet wird.
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2,
ein Blockschema, den wesentlichen Teil einer ersten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Gerätes zum Anzeigen
des Werkzeugwegs.
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3,
ein Blockschema, den wesentlichen Teil einer zweiten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Gerätes zum Anzeigen
des Werkzeugwegs.
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4 ein
Beispiel für einen Werkzeugweg und die Positionsinformation
der Antriebsachsen, die von dem erfindungsgemäßen
Gerät zum Anzeigen des Werkzeugwegs angezeigt werden.
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5 schematisch
den Werkzeugweg und die Wellenformen (Zeitfolge-Wellenformen) der
Positionsinformation der in 4 gezeigten
Antriebsachsen.
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6 die Berechnung der Koordinaten einer Werkzeugspitze.
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7 ein
Fließschema, einen Algorithmus der Anzeigeverarbeitung,
bei der eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Gerätes zum Anzeigen des Werkzeugwegs ein Anzeigeeigenschaft
auf der Basis der Positionsabweichung auswählt.
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8 die
Berechnung einer Positionsabweichung (zweite Positionsabweichung),
wenn die zweite Positionsabweichung mit der Schwelle bei der Anzeigeverarbeitung
verglichen wird.
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9 eine
Perspektivansicht einer Maschine mit einem rotierenden Tisch, die
ebenfalls die Berechnung der zweiten Positionsabweichung wie in 8 ermöglicht.
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10,
ein Fließschema, einen Algorithmus der Anzeigeverarbeitung,
bei der die Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Gerätes zum Anzeigen des Werkzeugwegs das Anzeigemerkmal
auf der Basis der zweiten Positionsabweichung auswählt.
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11 die
Berechnung eines synthetischen Positionsabweichungswerts, wenn die
Länge (synthetischer Positionsabweichungswert) eines dreidimensionalen
Positionsabweichungsvektors an einer Werkzeugspitze mit der Schwelle
in der Anzeigverarbeitung verglichen wird.
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12 die
Berechnung eines zweiten Drehmomentbefehls, wenn ein zweiter Drehmomentbefehl
mit berücksichtigten Auswirkungen der Schwerkraft mit der
Schwelle bei der Anzeigeverarbeitung verglichen wird.
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EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTE
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die 1 ist
ein Blockschema, das schematisch die Struktur einer numerischen
Steuervorrichtung zeigt, die eine Werkzeugmaschine steuert, bei der
ein erfindungsgemäßes Gerät zum Anzeigen
des Werkzeugwegs verwendet wird.
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Ein
CPU 111 (Prozessor) steuert vollständige numerische
Steuervorrichtung 10 gemäß einem Systemprogramm,
das in einem ROM 112 gespeichert ist. Ein RAM 113 speichert
verschiedene Datenelemente oder Eingangs- bzw. Ausgangssignale.
Ein nichtflüchtiger Speicher 114 speichert die
Positionsinformation, Geschwindigkeitsinformation, Beschleunigungsinformation,
Positionsabweichungen und Drehmomentbefehle, die nachstehend beschrieben werden,
in chronologischer Reihenfolge entsprechend der Zeitinformation,
einschließlich der Zeiten, bei denen sie erhalten wurden.
Diese Datenelemente bleiben nach dem Abschalten des Stroms im nicht-flüchtigen
Speicher 114.
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Eine
Graphik-Steuerschaltung 115 wandelt Digitalsignale in Anzeigesignale
um und übermittelt sie an die Anzeigevorrichtung 116.
Eine Tastatur 117, die numerische Tasten und Buchstabentasten
aufweist, wird zum Eingeben verschiedener Einstellungen verwendet.
Die CPU 111 verarbeitet verschiedene Informationselemente
und den Werkzeugweg eines an einer Werkzeugmaschine 20 befestigten Werkzeugs,
und die verschiedenen Informationselemente, die dem Werkzeugweg
entsprechen und daher auf einer Anzeigevorrichtung 116 angezeigt
werden.
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Eine
Achsensteuerschaltung 118 empfängt einen Bewegungsbefehl
für jede Achse von der CPU 111 und gibt den Bewegungsbefehl
an einen Servoverstärker 119 entsprechend jeder
Achse aus. Der Servoverstärker 119 empfängt
den Bewegungsbefehl und treibt einen Servomotor 21 an,
der in der Werkzeugmaschine 20 enthalten ist.
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Der
ROM 112, der RAM 113, der nicht-flüchtige
Speicher 114, die Graphiksteuerschaltung 115, die
Anzeigevorrichtung 116, die Tastatur 117, und
die Achsensteuerschaltung 118 sind über einen
Bus 121 miteinander verbunden. Der Servomotor 21,
der sich in der Werkzeugmaschine 20 zum Antreiben der Vorschubachsen
befindet, weist eine Positionserfassungsvorrichtung 22 auf.
Ein Positionssignal, das von der Positionserfassungsvorrichtung 22 erfasst wird,
wird von der Achsensteuerschaltung 118 über einen
Signalweg (nicht gezeigt) als Positions-Feedbacksignal ausgegeben.
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Eine
PMC (programmierbare Maschinen-Steuervorrichtung) 122 empfängt
ein T-Funktionssignal (Werkzeugauswahlsignal) und andere Signale
durch den Bus 121 während der Ausführung
eines Maschinenprogramms. Die PMC 122 verarbeitet dann
das empfangene Signal mit einem Sequenzprogramm und gibt ein Signal
als Arbeitsanweisung aus, damit die Werkzeugmaschine 20 gesteuert
wir. Zudem empfängt die PMC 122 ein Statussignal
von der Werkzeugmaschine 20 und überträgt
die notwendigen Eingangssignale an die CPU 111.
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Zudem
sind ein Softwaretaste 123, deren Funktion durch ein Systemprogramm
usw. geändert wird, und eine Schnittstelle 124,
die NC-Daten auf eine Speichervorrichtung oder andere externe Vorrichtungen überträgt,
an den Bus 121 angeschlossen. Diese Softwaretaste 123,
die Anzeigevorrichtung 116 und die Tastatur 117 befinden
sich auf einem Anzeigevorrichtungs- bzw. MDI (manuelle Dateneingabe)-Feld 125.
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Die 2 ist
ein Blockschema, das einen wesentlichen Teil einer ersten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Gerätes zum Anzeigen
des Werkzeugwegs zeigt. In dieser Ausführungsform ist das
Gerät zum Anzeigen des Werkzeugwegs in der numerischen
Steuervorrichtung 10 der Werkzeugmaschine enthalten. Die
numerische Steuervorrichtung 10 umfasst eine Antriebsachsensteuereinheit 11, eine
Datenerfassungseinheit 12 und eine Anzeigeeinheit 13.
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Die
Werkzeugmaschine 20 hat Servomotoren 21x, 21y, 21A und 21B,
die jeweils eine getrennte Vorschubsachse antreiben. Servoverstärker
(nicht gezeigt) werden durch einen Drehmomentbefehl von der Antriebsachsensteuereinheit 11 der
numerischen Steuervorrichtung 10 gesteuert. Die Servomotoren 21x, 21y, 21z, 21A und 21B werden
von den entsprechenden Servoverstärkern (nicht gezeigt)
angetrieben.
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Die
Servomotoren 21x, 21y, 21z, 21A und 21B haben
Positionsdetektoren 22x, 22y, 22z, 22A bzw. 22B.
Die Positionsinformation der Servomotoren 21x, 21y, 21z, 21A und 21B wird
zur Antriebsachsensteuerungseinheit 11 von den Positionsdetektoren 22x, 22y, 22z, 22A und 22B zurückgeführt.
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Die
Antriebsachsensteuereinheit 11 berechnet die Geschwindigkeitsinformation,
Sb, die Beschleunigungsinformation Sc, die Positionsabweichung Sd,
und den Drehmomentbefehl Se der Antriebsachsen X, Y, Z, A und B
von einem Bewegungsbefehl, der einer numerischen Steuervorrichtungseinheit
erteilt wird, die das Maschinenprogramm der numerischen Steuervorrichtung 10 analysiert
und verarbeitet, und Positionsinformation Sa, die von den Servomotoren 21x, 21y, 21z, 21A und 21B zurückgeführt
wird. Die Antriebsachsensteuereinheit 11 gibt dann die
berechnete Geschwindigkeitsinformation Sb, Beschleunigungsinformation
Sc, Positionsabweichung Sd und den Drehmomentbefehl Se, sowie die zurückgeführte
Positionsinformation Sa an die Datenerfassungseinheit 12 aus.
Eine solche Positionsinformation Sa, Geschwindigkeitsinformation
Sb, Beschleunigungsinformation Sc, Positionsabweichung Sd und Drehmomentbefehl
Se werden herkömmlich von einer numerischen Steuervorrichtung
verwendet, die eine Werkzeugmaschine steuert, so dass Einzelheiten über
das Berechnungsverfahren usw. hier nicht beschrieben werden.
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Die
Datenerfassungseinheit 12 gewinnt gleichzeitig diese Informationselemente
in bestimmten Intervallen von der Antriebsachsensteuereinheit 11.
Die erhaltenen Informationselemente werden in einem Speicher (nicht
gezeigt) gespeichert. Die Anzeigeeinheit 13 zeigt den dreidimensionalen
Bewegungsweg einer Werkzeugspitze auf der Basis der durch Erfassungseinheit 12 erhaltenen
Informationselemente, und zeigt mindestens eines der Informationselemente
als Zeitfolgedaten.
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Die 3 ist
ein Blockschema, das einen wesentlichen Teil einer zweiten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Gerätes zum Anzeigen
des Werkzeugwegs zeigt. In dieser Ausführungsform ist das
Gerät zum Anzeigen des Werkzeugwegs nicht in die numerische
Steuervorrichtung 10 der Werkzeugmaschine eingebaut, sondern
in eine externe Vorrichtung 30. Die numerische Steuervorrichtung 10 umfasst
die Antriebsachsensteuereinheit 11, eine Datenkommunikationseinheit 14,
und eine Anzeigeeinheit (nicht gezeigt). Die externe Vorrichtung 30 umfasst
eine Datenkommunikationseinheit 31, eine Datenerfassungseinheit 32,
und eine Anzeigeeinheit 33.
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Die 4 ist
ein Beispiel für den Werkzeugweg und die Positionsinformation
der Antriebsachsen, die von dem erfindungsgemäßen
Gerät zum Anzeigen des Werkzeugwegs angezeigt werden. Die 5 zeigt
schematisch den Werkzeugweg und die Wellenformen (Zeitfolge-Wellenformen),
die die Positionsinformation der in 4 gezeigten
Antriebsachsen angeben.
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Der
Werkzeugweg und die Positionsinformation der in 4 und 5 gezeigten
Antriebsachsen werden beispielsweise auf dem in 1 gezeigten
Anzeigegerät 116 angezeigt. Der Anzeigebildschirm
des Anzeigegerätes 116 ist in zwei Bereiche unterteilt:
einen Bereich zum Anzeigen des Werkzeugwegs, worin ein Werkzeugweg angezeigt
wird, und einen Bereich zum Anzeigen der Positionsinformation, worin
die Positionsinformation der Antriebsachsen angezeigt wird. In den
Anzeige-Beispielen von 4 und 5 sind die
Werkzeugwege in der dreidimensionalen Anzeige mittels X-, Y- und
Z-Achsen und in der zweidimensionalen Anzeige mittels X- und Y-Achsen,
Z- und X-Achsen und Y- und Z-Achsen im Bereich zum Anzeigen des
Werkzeugwegs dargestellt. In dem Bereich zum Anzeigen der Positionsinformation
(Bereich zum Anzeigen der Wellenformdaten) wird die Positionsinformation
(die Positionsinformation der X-, Y-, Z-, A- und B-Achsen) der Antriebsachsen
auf Schaubildern als Zeitfolgedaten (Zeitfolgewellenform) aufgetragen,
wobei die Zeit auf der horizontalen Achse und die Positionsdaten
auf der vertikalen Achse aufgetragen sind.
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In
einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Gerätes zum Anzeigen des Werkzeugwegs kann mindestens ein
Teil des in einem Bereich zum Anzeigen des Werkzeugwegs angezeigten
Werkzeugwegs durch einen Cursor oder eine andere Einrichtung ausgewählt
werden, und die Anzeigeeigenschaft (beispielsweise die Farbe, Dicke,
oder die Hintergrundfarbe) des Zeitbereichs, der dem ausgewählten
Teil (Liniensegment) des Werkzeugwegs entspricht, kann geändert
werden. In dem in 5 gezeigten Beispiel wird die
Hintergrundfarbe von TEIL DER ZEITFOLGEINFORMATION-WELLENFORM, DER
DEM AUSGEWÄHLTEN TEIL DES WERKZEUGWEGS ENTSPRICHT in der
Positionsinformation (Zeitfolgewellenform) der X-, Y-, Z-, A- und B-Achsen,
die in dem Bereich zum Anzeigen der Position angezeigt werden, entsprechend
dem AUSGEWÄHLTER TEIL DES WERKZEUGWEGS, der in dem BEREICH
ZUM ANZEIGEN DES WERKZEUGWEGS angezeigt wird, geändert.
Diese Art von Anzeigeformat ermöglicht es dem Verbraucher,
leicht die Übereinstimmung zwischen dem ausgewählten Teil
des Werkzeugwegs und dem Teil der Zeitfolgeinformationswellenform
entsprechend dem Zeitbereich zu erfassen, in dem die dreidimensionalen
Koordinaten des Teils erhalten wurden.
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Als
Nächstes werden Beispiele für Datenelemente, die
zum Bestimmen (Ändern) der auf dem Anzeigegerät
anzuzeigenden Anzeigeeigenschaft eines Werkzeugwegs unten gezeigt.
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<Erstes
Beispiel: Positionsabweichung der Antriebsachsen>
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Die 6 zeigt die Berechnung der Koordinaten
einer Werkzeugspitze. Eine 5-Achsenmaschine ist zwar derart konfiguriert,
dass ein Tisch mit zwei Rotationsachsen gedreht wird oder sowohl
eine Tischeinheit als auch eine Werkzeugkopfeinheit gedreht werden,
jedoch wird hier eine Werkzeugmaschine des in 6 gezeigten
Werkzeugkopfrotationstyps als Beispiel herangezogen. In der in 6 gezeigten Struktur schneiden sich zwei
Rotationsachsen rechtwinklig in einem Punkt. In einer üblicheren
Struktur können sich die beiden Rotationsachsen nicht schneiden,
die schräg zueinander angeordnet sind. Wenn in diesem Fall
die räumliche Beziehung dieser beiden Rotationsachsen bestimmt
wird, können die Koordinaten der Werkzeugspitze berechnet werden.
Die nachstehend beschriebene 5-Achsen-Werkzeugmaschine hat vermutlich
die gleiche Maschinenstruktur wie in 6,
aber man beachte, dass sich die vorliegende Erfindung ebenfalls
auf eine 5-Achsen-Werkzeugmaschine mit anderen Strukturen anwenden
lässt.
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Die
X-, Y- und Z-Achsen sind lineare Achsen und die A- und B-Achsen
sind Rotationsachsen. Die Koordinaten dieser 5 Achsen zur Zeit t
sind voraussichtlich x(t), y(t), z(t), a(t) und b(t). Ist der Schnittpunkt
der Rotationsmittelachsen der A-Achse (Rotationsachse um die X-Achse)
und der Rotationsmittelachse der B-Achse (Rotationsachse um die
Y-Achse) voraussichtlich Punkt P, dann sind die Koordinaten des
Punkts P(x(t), y(t), z(t)), wenn ein an einem Werkstück
fixiertes Koordinatensystem erwogen wird und der Ursprung geeignet
eingestellt wird.
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Wenn
der Abstand zwischen Punkt P und der Werkzeugspitze gleich L ist
und die Position, in der das Werkzeug direkt nach unten zeigt, die
Referenzposition (Ursprung) der A-Achse und der B-Achse ist, werden
die Koordinaten (PosX, PosY, PosZ) der Werkzeugspitze durch die
folgenden Gleichungen dargestellt. PosX = x(t)
+ L × cos(a(t)) × sin(b(t))
PosY
= y(t) + L × sin(a(t))
PosZ = z(t) – L × cos(a(t)) × cos(b(t))
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Wie
vorstehend beschrieben können die Koordinaten (PosX, PosY,
PosZ) der Werkzeugspitze aus der Positionsinformation (x(t), y(t),
z(t), a(t), b(t)) für 5 Achsen und die Maschinenstruktur
(L) einer Werkzeugmaschine berechnet werden.
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Die 7 ist
ein Fließschema, das den Algorithmus der Anzeigeverarbeitung
zeigt, die durch die Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Gerätes zum Anzeigen des Werkzeugwegs durchgeführt
wird. Der Algorithmus dieser Verarbeitung ist ein Beispiel zur Änderung
der Anzeigeeigenschaft eines Werkzeugwegs, wenn die Positionsabweichung
gleich oder größer ist als eine festgelegte Schwelle.
Die Anzeigeverarbeitung kann durch eine Anweisung vom Operator gestartet
werden, sie kann gestartet werden, wenn die Werkzeugmaschine 20,
die durch die numerische Steuervorrichtung 10 gesteuert
wird, die Bearbeitung des Werkstücks startet oder sie kann gestartet
werden, wenn die Zeitfolgedaten der Antriebsachsen verfügbar
werden. Die Anzeigeverarbeitung wird durch die folgenden Schritte
beschrieben.
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[Schritt
SS100] Die Zeitinformation t, die Positionsinformation Sa entsprechend
der Zeitinformation t und die Positionsabweichung Sd werden erhalten.
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[Schritt
SS101] Die dreidimensionalen Koordinaten der Werkzeugspitze mit
der Zeitinformation t, erhalten in Schritt SS100, werden berechnet.
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[Schritt
SS102] Die Positionsabweichung mit der Zeitinformation t wird als
die Wellenform der Zeitfolgedaten angezeigt.
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[Schritt
SS103] Es wird bestimmt, ob die in Schritt SS102 angezeigte Positionsabweichung
kleiner ist als eine festgelegte erste Schwelle. Die Verarbeitung
schreitet fort zu Schritt SS105, wenn sie kleiner ist, oder zu Schritt
SS105, wenn sie nicht kleiner ist.
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[Schritt
SS104] Der Werkzeugweg wird mit der normalen Anzeigeeigenschaft
in der dreidimensionalen Anzeige angezeigt.
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[Schritt
SS105] Der Werkzeugweg wird mit einer Eigenschaft angezeigt, das
sich von der normalen in der dreidimensionalen Anzeige unterscheidet.
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[Schritt
SS106] Es wird bestimmt, ob das Werkstück durch die Werkzeugmaschine
bearbeitet wurde (oder ob das Anzeige-Beendigungssignal vorhanden
ist). Wurde das Werkstück bearbeitet (oder ist das Anzeige-Beendigungssignal
vorhanden), wird diese Anzeigeverarbeitung beendet. Wurde das Werkstück
nicht bearbeitet (oder ist das Anzeige-Beendigungssignal nicht vorhanden),
schreitet die Verarbeitung weiter fort zu Schritt SS107.
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[Schritt
SS107] Nach Verstreichen der Erfassungszeit zum Anzeigen auf der
Anzeigevorrichtung schreitet die Verarbeitung zurück zu
Schritt SS100 und diese Anzeigeverarbeitung läuft weiter.
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<Zweites
Beispiel: Drehmomentbefehl>
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Bei
der Anzeigeverarbeitung in 7 kann der
Drehmomentbefehl Se auch anstelle der Positionsabweichung Sd verwendet
werden. In diesem Fall reicht es aus, den vorstehenden Algorithmus
zu ändern, so dass der Drehmomentbefehl anstelle der Positionsabweichung
in Schritt SS100 erhalten wird, der in Schritt SS100 erhaltene Drehmomentbefehl wird
als Wellenform der Zeitfolgedaten in Schritt SS102 angezeigt, und
der in Schritt SS102 erhaltene Drehmomentbefehl wird mit der festgelegten
Schwelle zum Vergleich der Drehmomentbefehle in Schritt SS103 verglichen.
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<Drittes
Beispiel: Positionsabweichung der Rotationsachsen (zweite Positionsabweichung)>
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Die 8 beschreibt
die Berechnung einer Positionsabweichung (zweite Positionsabweichung), wenn
die zweite Positionsabweichung mit einer Schwelle bei der Anzeigeverarbeitung
verglichen wird.
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Wird
die Positionsabweichung (Winkelabweichung) der A-Achse als Δa
angenommen, wird die zweite Positionsabweichung der A-Achse durch
L × Δa dargestellt, wobei L die Werkzeuglänge
(ein konstanter Wert) ist, die gleich dem Abstand zwischen der Rotationsachse
und der Werkzeugspitze ist. Wird die Positionsabweichung (Winkelabweichung)
der B-Achse als Δb angenommen, ist der Abstand zwischen
der Rotationsachse der B-Achse und der Werkzeugspitze gleich L × cos(a(t)),
was von der Position der A-Achse abhängt. Folglich ist
die zweite Positionsabweichung der B-Achse gleich L × cos(a(t)) × Δb.
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Die
zweite Positionsabweichung kann entsprechend in der Maschinenstruktur
des Tischrotationstyps in 9 berechnet
werden. Hier wird angenommen, dass eine Rotationsachse, die die
Neigung des Tischs ändert, eine erste Rotationsachse ist,
wohingegen die andere Rotationsachse eine zweite Rotationsachse
ist, und die Rotationsmittelachsen dieser beiden Rotationsachsen
schneiden einander rechtwinklig in einem Punkt. Der Schnittpunkt
der beiden Rotationsachsen wird als Ursprung angenommen, und die
Koordinaten der Werkzeugspitze werden als (x(t), y(t), z(t)) angenommen.
Der Winkel der ersten Rotationsachse wird als a(t) angenommen, der
Winkel der zweiten Rotationsachse wird als c(t) angenommen und a(t)
ist gleich 0, wenn der Tisch horizontal ist. Die Rotationsmittelachse
der ersten Rotationsachse ist immer zur X-Achse identisch. Die Rotationsmittelachse
der zweiten Rotationsachse ist identisch zur X-Achse, wenn der Tisch
horizontal ist.
-
Der
Abstand W1 zwischen der Rotationsmittelachse der ersten Rotationsachse
und der Werkzeugspitze wird durch die folgende Gleichung veranschaulicht. W1 = √{y(t)² +
z(t)²}
-
Folglich
ist die zweite Positionsabweichung V1 der ersten Rotationsachse
durch die folgende Gleichung veranschaulicht. V1
= √{y(t)² +
z(t)²} × Δa
-
Der
Abstand W2 zwischen der Rotationsmittelachse der zweiten Rotationsachse
und der Werkzeugspitze wird durch die folgende Gleichung veranschaulicht. W2 = √{[y(t)cos(a(t)) – z(t)sin(a(t))]² +
x(t)²}
-
Folglich
wird die zweite Positionsabweichung V2 der zweiten Rotationsachse
durch die folgende Gleichung veranschaulicht. V2
= √{[y(t)cos(a(t)) – z(t)sin(a(t))]² +
x(t)²} × Δc
-
Selbst
wenn sich die Maschinenstruktur wie oben gezeigt unterscheidet,
kann die zweite Positionsabweichung berechnet werden durch Multiplizieren
der Positionsabweichungen der Rotationsachsen mit dem Abstand zwischen
der Rotationsmittelachse der Rotationsachse und der Werkzeugspitze.
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Die 10 ist
ein Fließschema, das einen Algorithmus zum Auswählen
der Anzeigeeigenschaft auf der Basis der zweiten Positionsabweichung
zeigt. Nur die Teile, die sich von denen des in 7 gezeigten
Fließschema unterscheiden, werden beschrieben.
-
In
Schritt ST101 werden die dreidimensionalen Koordinaten der Werkzeugspitze
mit der Zeitinformation t berechnet, und die zweite Positionsabweichung
wird errechnet.
-
In
Schritt ST103 wird die in Schritt ST101 berechnete zweite Positionsabweichung
mit der Schwelle verglichen, die vorher zum Vergleich mit der zweiten
Positionsabweichung erstellt wurde.
-
<Viertes
Beispiel: Synthetischer Positionsabweichungswert>
-
Die 11 zeigt
die Berechnung eines synthetischen Positionsabweichungswertes in
einem Fall, wenn die Länge (synthetischer Positionsabweichungswert)
eines dreidimensionalen Positionsabweichungsvektors an der Werkzeugspitze
mit der Schwelle bei der Anzeigeverarbeitung verglichen wird.
-
Wie
vorstehend beschrieben werden die Koordinaten (PosX, PosY, PosZ)
der Werkzeugspitze durch die folgenden Gleichungen veranschaulicht. PosX = x(t) + L × cos(a(t)) × sin(b(t))
PosY = y(t) + L × sin(a(t))
PosZ = z(t) – L × cos(a(t)) × cos(b(t))
-
Werden
die Positionsabweichungen der einzelnen Achsen als dx, dy, dz, da
und db angenommen, wird die Positionsabweichung der Werkzeugspitze
durch die folgenden Gleichungen veranschaulicht. ΔPosX
= dx – L × sin(a(t)) × sin(b(t)) × da
+ L × cos(a(t)) × cos(b(t)) × db
ΔPosY = dy – L × cos(a(t)) × da
ΔPosZ = dz + L × sin(b(t)) × cos(b(t)) × da
+ L × cos(a(t)) × sin(b(t)) × db
-
Wird
die Länge dieses Positionsabweichungsvektors als synthetischer
Positionsabweichungswert angenommen, gilt die folgende Gleichung.
(synthetischer
Positionsabweichungswert) = SQRT (ΔPosX2 + ΔPosY2 + ΔPosZ2)
-
Das
Fließschema in diesem Fall ist nicht gezeigt, aber die
Verarbeitung wird anhand des in 10 gezeigten
Fließschemas gezeigt.
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In
Schritt ST101 werden die dreidimensionalen Koordinaten der Werkzeugspitze
mit der Zeitinformation t berechnet, und der synthetische Positionsabweichungswert
wird errechnet. In Schritt ST103 wird der in Schritt ST101 berechnete
synthetische Positionsabweichungswert mit der Schwelle verglichen,
die vorher zum Vergleich mit dem Positionsabweichungswert erstellt
wurde.
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<Fünftes
Beispiel: zweiter Drehmomentbefehl>
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Die 12 zeigt
die Berechnung eines zweiten Drehmomentbefehls in einem Fall, bei
dem der Drehmomentbefehl (zweiter Drehmomentbefehl mit Berücksichtigung
der Auswirkungen der Schwerkraft), der sich von dem Drehmomentbefehl
unterscheidet, der zuvor als das zweite Beispiel angegeben wurde,
mit der Schwelle bei der Anzeigeverarbeitung verglichen wird.
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Die
Z-Achse wird durch die Schwerkraft beeinflusst, weil die Z-Achse
die Spindel unterstützt. Die auf die Z-Achse ausgeübte
Schwerkraft ändert sich unabhängig von der Lage
der Maschine nicht. Wird folglich das der Schwerkraft äquivalente
Drehmoment als Tm angenommen, wird der zweite Drehmomentbefehl durch
Tz – Tm veranschaulicht.
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Wenn
das Schwerkraftzentrum der Achse, die sich um die A-Achse dreht,
nicht auf einer Rotationsachse zugegen ist, werden die A- und B-Rotationsachsen
je nach der Lage der Maschine durch die Schwerkraft beeinflusst.
Wird das Schwerkraftzentrum direkt unter dem Werkzeug angenommen,
wenn es direkt nach unten zeigt, werden die auf die A- und B-Achsen
einwirkenden Massen als Ma bzw. Mb angenommen, und wird der Abstand
zwischen der Rotationsachse und dem Schwerkraftzentrum als R angenommen,
dann werden der zweite Drehmomentbefehl Ta2 der A-Achse und der
zweite Drehmomentbefehl Tb2 der B-Achse durch die folgenden Gleichungen
veranschaulicht. Ta2 = Ta – Ma × g ×R ×sin(b(t)) × cos(b(t))
Tb2 = Tb – Mb × g ×R × cos(a(t)) × sin(b(t))
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Die
Drehmomentbefehle der als zweites Beispiel oben gezeigten Z-, A-
und B-Achsen sind Tz, Ta und Tb, wobei keine Auswirkung der Schwerkraft
berücksichtigt ist.
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Das
Fließschema in diesem Fall ist nicht gezeigt, aber die
Verarbeitung wird anhand des in 10 gezeigten
Fließschemas beschrieben.
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In
Schritt ST101 werden die dreidimensionalen Koordinaten der Werkzeugspitze
mit der Zeitinformation t berechnet, und der zweite Drehmomentbefehl
wird errechnet. In Schritt ST103 wird der in Schritt ST101 berechnete
zweite Drehmomentbefehl mit der Schwelle verglichen, die vorher
zum Vergleich mit dem zweiten Drehmomentbefehl erstellt wurde.
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<Sechstes
Beispiel: synthetische Geschwindigkeit oder synthetische Beschleunigung
der Werkzeugspitze>
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Wird
die synthetische Geschwindigkeit oder synthetische Beschleunigung
der Werkzeugspitze mit der Schwelle bei der Anzeigeverarbeitung
verglichen, wird die Berechnung dieser synthetischen Geschwindigkeit
oder synthetischen Beschleunigung der Werkzeugspitze nachstehend
beschrieben.
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Wie
vorstehend beschrieben werden die Koordinaten (PosX, PosY, PosZ)
der Werkzeugspitze durch die folgenden Gleichungen veranschaulicht. PosX = x(t) + L × cos(a(t)) × sin(b(t))
PosY = y(t) + L × sin(a(t))
PosZ = z(t) – L × cos(a(t)) × cos(b(t))
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Das
Differential erster und zweiter Ordnung der vorstehenden Koordinaten
werden in Bezug auf die Zeit berechnet, und die Ergebnisse werden
synthetisiert, so dass eine synthetische Geschwindigkeit Sv und
eine synthetische Beschleunigung Sa der Werkzeugspitze erhalten
wird. Sv = SQRT{(dPosX/dt)2 +
(dPosY/dt)2 + (dPosZ/dt)2}
Sa = SQRT{(d2PosX/dt2)2 + (d2PosY/dt2)2 + (d2PosZ/dt2)2}
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Das
Fließschema in diesem Fall ist nicht gezeigt, aber die
Verarbeitung wird nachstehend anhand des in 10 gezeigten
Fließschemas beschrieben.
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In
Schritt ST101 werden die dreidimensionalen Koordinaten der Werkzeugspitze
mit der Zeitinformation t berechnet, und die synthetische Geschwindigkeit
oder synthetische Beschleunigung der Werkzeugspitze wird errechnet.
In Schritt ST103 wird die in Schritt ST101 berechnete synthetische
Geschwindigkeit oder synthetische Beschleunigung der Werkzeugspitze
mit der Schwelle verglichen, die vorher zum Vergleich mit der synthetischen
Geschwindigkeit oder der synthetischen Beschleunigung der Werkzeugspitze
erstellt wurde.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 7-5908 [0003, 0006]
- - JP 2008-9637 [0004, 0006]
