JP2003316405A

JP2003316405A - 工作機械の操作訓練装置

Info

Publication number: JP2003316405A
Application number: JP2002118754A
Authority: JP
Inventors: Yasuharu Mukai; 康晴向井
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 2002-04-22
Filing date: 2002-04-22
Publication date: 2003-11-07
Anticipated expiration: 2022-04-22
Also published as: JP4045845B2

Abstract

(57)【要約】【課題】実機を故障させることなく、復帰操作などを
実際に体験して習得することが可能であり、かつ複数の
工作機械の操作訓練を一台で実施することができる工作
機械の操作訓練装置を提供することを課題とする。【解決手段】操作訓練装置１は、工作機械を操作する
操作部５０を有する操作盤２、工作機械をシーケンス制
御するＰＬＣ３、及び工作機械を数値制御するためのＣ
ＮＣ装置４から構成される実機制御部５と、ＲＡＭ２５
に記憶された機械要素情報２４に基づいて工作機械の仮
想モデルを三次元化して表示する仮想モデル構築手段２
６、信号８，１０，１３に基づいて仮想モデルを制御す
る仮想制御手段２７、動作応答信号１１を送出する動作
応答手段２８、及び仮想モデルを制御して表示する表示
制御手段２９及びＣＲＴ３０を備えた訓練用コンピュー
タ７とから構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械の操作訓
練装置に関するものであり、特に、プログラマブル・ロ
ジック・コントローラ（以下、ＰＬＣと称す）及び数値
制御装置（以下、ＣＮＣ装置と称す）により制御される
工作機械の操作訓練装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ワークを切削及び研削などの
加工を行う際に、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の移
動を数値制御し、ワーク及び加工工具の位置制御を行う
ＣＮＣ装置と、加工工具の動作などをシーケンス制御す
るＰＬＣとを有し、複雑な形状の加工を高精度、かつ高
能率に処理することのできる工作機械が種々の産業分野
において幅広く利用されている。

【０００３】これらの工作機械は、機械全体の土台とな
るベッド上に垂直に立設されたコラムと、コラムに接続
され加工工具などを回転させる主軸を含んで構成される
主軸頭と、主軸頭に対向して設置され工作物（ワーク）
を固定し支持するテーブルと、テーブル、コラム、主軸
等を直進または回転運動させる駆動機構となどからなる
主要構造部品、及び複数の工具の交換を自動的に行うＡ
ＴＣ（自動工具交換装置）と、パレット交換を自動的に
行うＡＰＣ（自動パレット交換装置）と、切削時に発生
する熱等を除去するクーラント（切削液）を供給するク
ーラント供給装置と、加工後の切屑を処理する切屑処理
装置と、工作機械全体を覆うカバーと、各装置などを駆
動させるための電気設備及び油圧／空気圧設備となどか
らなる周辺装置と、ＣＮＣ装置・ＰＬＣ・操作盤などの
制御部（制御系）とから構成されていることが多い。

【０００４】上述したように、工作機械は複数の機械部
品、装置、及び電子機器などが組合わされて構成された
ものであり、その内部構造は複雑である。さらに、各装
置やワークの動きは、ＣＮＣ装置やＰＬＣの各プログラ
ムによって電気的に制御されている。さらに、主軸が高
速で回転することによって加工作業を行うため、作業に
危険性が伴う。したがって、プログラムの異常や操作員
の人為的ミスによる誤操作などを防止するため、非常停
止や異常報知を行うフェイルセーフシステムなどの安全
対策が施されている。

【０００５】したがって、工作機械を操作する操作員
は、安全にかつ、安定した加工精度を保ってワークを加
工するために、適切な操作方法（手順）に則って操作を
行わなければならない。さらに、前述のフェイルセーフ
システムなどにより、工作機械が異常を検知し、非常停
止した場合、異常状態にある工作機械を正常な状態に戻
す復帰操作または対処手順を習得する必要がある。しか
しながら、工作機械は、これらの操作手順が各ワーク加
工作業毎に複数存在し、一人の操作員が工作機械に関す
る操作方法を完全にマスターすることは容易ではなかっ
た。

【０００６】そこで、工作機械のメーカーは、顧客（機
械部品加工会社など）に工作機械を納入する際に、工作
機械の通常の操作手順やトラブル発生時の復帰・復旧手
順について指導及びトレーニングを実施し、工作機械の
操作に精通した操作員の養成を行うことがある。これに
より、熟達した操作員によって、適切な操作及び保全が
行われ、安定した加工精度を維持し、故障発生などの要
因を低く抑えて、工作機械を顧客側で運転させることが
できる。さらに、誤操作による非常停止や異常報知の回
数が少なくなり、工作機械に重大なダメージを与える可
能性が低くなる。これにより、修理コストの抑制や、生
産ラインの遅延による生産性の低下などの問題を回避す
ることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た工作機械の操作訓練は、以下のような問題があった。
すなわち、メーカーによる操作訓練は、一般に顧客への
工作機械の納入時に限られていた。そのため、顧客側の
都合（例えば、操作員の定年、配置転換などの人事異
動）によって、工作機械の操作員が変更した場合、新た
に配属された操作員の指導を顧客側で行う必要があっ
た。ところが、既に工作機械は生産ラインなどに組込ま
れ、稼働した状態にあり、新規の操作員を指導するため
の十分な時間を確保することができなかった。そのた
め、工作機械の操作に不安を感じたまま、操作員は実際
の加工作業に従事することがあった。工作機械の操作に
不慣れなことなどから人為的ミスを誘発しやすく、誤操
作を犯しやすかった。さらに、異常発生時の適切な対処
手順を誤り、工作機械の運転に支障をきたすダメージを
与えてしまうことがあった。

【０００８】これにより、工作機械の修理に長期間要
し、その間のワークなどの加工作業が遅延するなど、生
産ラインに乱れを生じさせ、生産計画及び生産効率に大
きな影響を及ぼすことがあった。

【０００９】加えて、上述の工作機械の操作訓練では、
実際の工作機械（以下、「実機」と称す）を利用して行
っていた。しかしながら、工作機械は一台当たりの価格
が高く、操作訓練用に複数台の実機を用意することはコ
ストの点から難しかった。したがって、一回の操作訓練
に参加できる訓練参加者の数が必然的に制限され、係る
操作訓練を数回に分けて実施する必要があり、その手続
きが面倒になったり、訓練参加者の一人当たりの操作訓
練時間が限られ、十分な指導が行えないことがあった。

【００１０】また、訓練に参加する訓練参加者は、当然
のことながら実機の操作に不慣れであった。その結果、
訓練時の操作を誤り、実機を故障させてしまうことがあ
った。したがって、修理コストや、その後の訓練スケジ
ュール等を考慮し、通常の操作方法など、比較的故障の
可能性の低い操作の訓練に訓練を留めることがあった。

【００１１】加えて、実機を用いた操作訓練は、加工作
業時に実際に想定される異常を故意に再現することが容
易ではなかった。そのため、異常発生時からの復帰操作
を訓練参加者に実体験として経験させることが難しかっ
た。これにより、工作機械の操作訓練による指導効果
を、訓練参加者に十分に享受させることができないこと
があった。

【００１２】さらに、工作機械の操作方法は、加工対象
となるワークの形状や加工方法（切削、及び研削など）
によっても大きく異なるほか、工作機械の種類によって
も大きく異なっていた。また、同様の加工を行う場合で
も、納入先の顧客によって操作方法や操作手順、及び操
作盤の配置などが異なる場合があった。そのため、一台
の操作訓練用の実機で、全ての工作機械に対応すること
ができなかった。

【００１３】そこで、本発明は、上記実情に鑑み、実機
の操作性を損なうことなく工作機械の操作訓練を実施す
ることができ、異常時の復帰動作を行うことのできる工
作機械の操作訓練装置を提供することを課題とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明にかかる
工作機械の操作訓練装置は、工作機械を操作する操作手
段と、前記操作手段に応じ前記工作機械をシーケンス制
御するプログラマブル・ロジック・コントローラ及び前
記工作機械を数値制御する数値制御装置の少なくともい
ずれか一方から前記工作機械の動作を制御する制御信号
を出力する制御手段と、前記工作機械を構成する各部の
形状を定義した形状定義データ、前記各部の連結状態を
示す連結状態データ、及び前記制御信号に対応する前記
各部の動作を示す動作データを含む機械要素情報を記憶
する記憶手段と、前記機械要素情報に基づいて前記工作
機械の仮想モデルを構築する仮想モデル構築手段と、前
記制御信号に基づいて前記仮想モデルを制御し、前記工
作機械の動作をシミュレートする仮想制御手段と、シミ
ュレートされた前記工作機械の動作に対応する前記動作
応答信号を前記制御手段に出力する動作応答手段と、前
記仮想モデルを三次元化して表示する表示手段とを具備
するものである。

【００１５】ここで、操作手段とは、工作機械を操作
し、工作機械の各部の動作を指示し、命令するためのも
のである。例えば、工作機械を操作するための命令、設
定した数値、及び実行プログラムなどを入力する機能キ
ー、数字キー（テンキー）、及び文字キーなどの操作キ
ー、及び運転モード（オート／マニュアル）の切替スイ
ッチを含む操作部、設定した数値や選択したプログラム
の内容、及び現在の工作機械の稼働状況（異常発生の有
無）などを画面やランプで表示する状況表示部、及び異
常時に手動によってパルスを発生させ、各軸を原位置に
復帰させるためなどに使用する手動パルス発生装置など
の機器から構成された操作盤が挙げられる。また、これ
らの操作盤の操作部をコンピュータ画面上に新たに作成
し、マウスなどの入力デバイスの操作によって、ソフト
ウェアによって工作機械を操作するものであってもよ
い。

【００１６】また、制御手段とは、予めＰＬＣの内部に
記憶されたシーケンスプログラムに則って工作機械の各
部の動作をシーケンス制御したり、ＣＮＣ装置の内部に
格納されている数値制御信号に基づいて各軸の位置制御
を可能としている。加えて、制御信号によって制御され
た仮想モデルに応答して出力された工作機械の動作に基
づく動作応答信号（フィードバック信号に相当）をＰＬ
Ｃに返している。これにより、ＰＬＣ及びＣＮＣ装置
は、工作機械の動作の各ステップ毎に動作応答信号を認
識し、動作応答信号に対応したシーケンス制御及び数値
制御が行える。なお、ＰＬＣおよびＣＮＣ装置は、実機
の一部として利用されるハードウェア機器が利用されて
いる。そのため実機と同様に各種信号の送受が行える。

【００１７】加えて、機械要素情報とは、コンピュータ
内の仮想空間に工作機械の仮想モデルを構築するための
種々のデータが記憶されたものである。具体的には、工
作機械を構成するシリンダ、バルブ、テーブル、サーボ
モータ、及びＮＣ軸の各部について形状やサイズなどが
定義された形状定義データと、各部の連結または接続状
態を定義し、互いの位置関係や各部の従属関係を示す連
結状態データと、各部の動作に関する動作モード（直
進、及び回転動作など）、動作内容（基準位置、動作限
界範囲、移動量、動作速度、加速度、回転数）、及びシ
ーケンス制御に基づく動作順序などを定義した動作デー
タを含んで構成されている。

【００１８】さらに、表示手段とは、構築した仮想モデ
ルを三次元化して表示し、立体として認識することが可
能なものである。

【００１９】したがって、請求項１の発明の工作機械の
操作訓練装置によれば、機械要素情報に基づいて工作機
械の仮想モデルが構築され、三次元化して表示される。
そして、操作手段及び制御手段から出力された信号に応
じて、仮想モデルが制御され、工作機械の動作がシミュ
レートされるようになる。さらに、仮想モデルの制御に
伴って工作機械の動作に対応する動作応答信号が制御手
段に送出される。これにより、仮想モデルは、実機の一
部が利用されるＰＬＣ及びＣＮＣ装置に対して実機のよ
うに振る舞うことが可能となる。換言すれば、ＰＬＣ及
びＣＮＣ装置が、機械要素情報によって構築された仮想
モデルを実機として認識した状態になる。さらに、表示
された仮想モデルを視覚的に確認しながら、操作手段に
よって工作機械を実機と同様の感覚で操作することが可
能となり、工作機械の操作訓練を行うことが可能とな
る。

【００２０】請求項２の発明にかかる工作機械の操作訓
練装置は、請求項１に記載の工作機械の操作訓練装置に
おいて、前記操作手段は、前記工作機械の操作部と同一
レイアウトに構成されているものである。

【００２１】したがって、請求項２の発明の工作機械の
操作訓練装置によれば、請求項１の発明の工作機械の操
作訓練装置の作用に加え、操作手段が実機の工作機械の
操作部と同一レイアウトに構成されている。そのため、
実機と操作訓練装置との間の操作性に違和感がなくな
る。これにより、操作訓練装置と実機との操作に戸惑い
などを感じることがない。

【００２２】請求項３の発明にかかる工作機械の操作訓
練装置は、請求項２に記載の工作機械の操作訓練装置に
おいて、前記操作手段は、前記工作機械の操作盤が利用
されるものである。

【００２３】したがって、請求項３の発明の工作機械の
操作訓練装置によれば、請求項２の発明の工作機械の操
作訓練装置の作用に加え、操作手段に工作機械の操作
盤、すなわち、実機の一部が利用される。これにより、
実際の工作機械と全く同じ操作性を感じながら操作訓練
が実施される。

【００２４】請求項４の発明にかかる工作機械の操作訓
練装置は、請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載
の工作機械の操作訓練装置において、前記表示手段は、
前記仮想モデルを回転、拡大縮小、及び選択抽出の少な
くともいずれか一つの画像処理が可能な画像制御手段を
さらに備えるものである。

【００２５】したがって、請求項４の発明の工作機械の
操作訓練装置によれば、請求項１乃至請求項３のいずれ
か一つの発明の工作機械の操作訓練装置の作用に加え、
仮想モデルを回転、拡大縮小、及び選択抽出の画像制御
して表示することが可能となる。ここで、三次元化して
表示された仮想モデルは、ＣＲＴなどの画面上では十分
に各部の動作を認識することが難しい場合がある。そこ
で、回転や拡大縮小により、容易に視覚認識が可能な向
きや大きさに仮想モデルを画像処理することが行われ
る。さらに、一般に工作機械は、作業の安全性を保つた
めなどの理由で加工工具及びワークの存する作業空間を
カバーなどによって被覆し、実際の加工作業を肉眼で確
認することは困難である。そこで、前述した仮想モデル
の中から確認したい動作が行われる各部を選択的に抽出
し、表示させることにより、実機では確認が困難であっ
た工作機械の動作が容易に認識される。これにより、工
作機械の操作訓練の効果がさらに高くなる。各部を選択
的に抽出することは、換言すれば、カバーなどの確認の
妨げになる部分を除去して表示することと同意である。

【００２６】請求項５の発明にかかる工作機械の操作訓
練装置は、請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載
の工作機械の操作訓練装置において、前記操作手段及び
前記制御手段の少なくともいずれか一方は、置換可能に
接続されるものである。

【００２７】したがって、請求項５の発明の工作機械の
操作訓練装置によれば、請求項１乃至請求項４のいずれ
か一つの発明の工作機械の操作訓練装置の作用に加え、
実機の一部を使用する操作手段及び、ＰＬＣ及びＣＮＣ
装置などを含む制御手段を置換することにより、操作ス
イッチの配置や操作性の異なる他機種の工作機械に対す
る操作訓練を容易に実施することが可能となる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態である
工作機械の操作訓練装置（以下、「操作訓練装置１」と
称す）について、図１乃至図５に基づいて説明する。図
１は本発明の操作訓練装置１の構成を示す概略構成図で
あり、図２は本実施形態の操作訓練装置１の機能的構成
を示すブロック図であり、図３は訓練用プログラムの一
例を示す説明図であり、図４は操作部の一例を示す説明
図であり、図５は手動パルス発生装置の構成を示す正面
図である。ここで、工作機械として本実施形態では、研
削盤、特に円筒研削盤について例示する。

【００２９】本実施形態の操作訓練装置１は、図１及び
図２に示すように、工作機械を操作する操作盤２、工作
機械をシーケンス制御するＰＬＣ３、及び工作機械を数
値制御するＣＮＣ装置４から構成され、それぞれ実機の
一部として利用されている実機制御部５と、実機制御部
５と各種の信号を送受し、構築した仮想モデル６によっ
て工作機械の動作をシミュレートする訓練用コンピュー
タ７とから構成されている。

【００３０】操作盤２は、工作機械を操作し、制御する
ための命令や、設定した数値、及び実行プログラムなど
を入力する操作キー部、及び工作機械の動作状況を表示
する状況表示部などから構成される操作部と、マニュア
ルモードの際に手動でパルスを発生させ、各軸を原点位
置まで復帰させるための手動パルス発生装置と、操作部
及び手動パルス発生装置からの操作によって工作機械を
動作させる操作信号８を送出するための操作基板（図示
しない）とから構成されている。なお、操作部及び手動
パルス発生装置については、後述するため、ここでは詳
細な説明を省略する。

【００３１】ＰＬＣ３は、操作盤２からの操作信号８な
どに基づいて、予めプログラムされたシーケンスプログ
ラム９に従って、工作機械の各部の動作をシーケンス制
御するシーケンス制御信号１０を訓練用コンピュータ７
に送出している。さらに、ＰＬＣ３は、訓練用コンピュ
ータ７から送出された動作応答信号１１を受け、動作応
答信号１１に応じてシーケンスの次ステップの制御を行
っている。

【００３２】一方、ＣＮＣ装置４は、操作盤２からの操
作信号などに基づいて、予めプログラムされた数値制御
プログラム１２に従って、工作機械の各軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ
軸）の移動量を数値制御する数値制御信号１３を訓練用
コンピュータ７に送出している。ここで、操作盤２が本
発明の操作手段に相当し、ＰＬＣ３及びＣＮＣ装置４が
本発明の制御手段に相当する。

【００３３】さらに、訓練用コンピュータは、図２に示
すように、その機能的構成として、操作盤２、ＰＬＣ
３、及びＣＮＣ装置４と接続し、各種信号８，１０，１
１，１３の送受を行うＩＦ（インターフェイス）２０
と、工作機械を構成する各部の形状及びサイズなどを定
義した形状定義データ２１、各部の連結及び接続状態を
示す連結状態データ２２、及び各部の動作内容等を定義
した動作データ２３を含む機械要素情報２４を記憶する
ＲＡＭ２５と、記憶した機械要素情報２４に基づいて工
作機械の仮想モデル６を構築する仮想モデル構築手段２
６と、仮想モデル６を制御信号１０，１３に基づいて制
御し、工作機械の動作をシミュレートする仮想制御手段
２７と、制御された仮想モデル６に基づいて工作機械の
動作に対応する動作応答信号１１を出力する動作応答手
段２８と、仮想モデル６を三次元化して表示する表示制
御手段２９及びＣＲＴ３０と、ＩＦ２０を介して送受さ
れる種々の信号８，１０，１３，１１の入出力を制御す
るＩ／Ｏ制御手段３１とから主に構成されている。な
お、仮想モデル構築手段２６、仮想制御手段２７、動作
応答手段２８、及びＩ／Ｏ制御手段３１は、工作機械の
動作を制御するための演算処理を行うＣＰＵ３２の機能
の一部を利用している。

【００３４】さらに、表示制御手段２９は、ＣＲＴ３０
に表示する仮想モデル６を回転させる回転３３、仮想モ
デル６のサイズを変更する拡大縮小３４、工作機械の各
部を抽出して表示する抽出３５の画像処理が可能であ
る。加えて、訓練用コンピュータ７の基本的操作を可能
とするオペレーティングシステムを記憶したＲＯＭ３６
や、訓練コンピュータ７を操作するためのキーボード３
７及びマウス３８などの周知の要素及び機器を備えてい
る。なお、ＲＯＭ３６には、工作機械の異常動作を故意
に発生させ、操作訓練を行うための複数の訓練用プログ
ラム３９が格納されている。ここで、ＲＡＭ２５が本発
明における記憶手段に相当し、表示制御手段２９及びＣ
ＲＴ３０が本発明における表示手段に相当し、表示制御
手段２９に含まれる各種の画像処理３３，３４，３５が
本発明における画像制御手段に相当する。

【００３５】ここで、訓練用コンピュータ７は、図１に
示すように、周知のパーソナルコンピュータなどのハー
ドウェアが利用可能であり、さらにＲＡＭ２５の他に、
ハードディスクなどの固定記憶媒体や、フレキシブルデ
ィスクやコンパクトディスクなどの持運び容易な記憶媒
体、及び係る記憶媒体の読み込み等が可能な駆動装置な
どを記憶手段として備えていてもよい。

【００３６】次に、ＲＯＭ３６に記憶された訓練用プロ
グラム３９について、図３に基づいて説明する。訓練用
プログラム３９は、工作機械の操作訓練を実施する際
に、工作機械に想定される複数の異常内容（＝イベン
ト）をイベント情報４０としてＲＯＭ３６に記憶してい
る。具体的には、図３に示すように、それぞれのイベン
ト名４１、イベントの発生に必要とされる工作機械を構
成する各部名称、イベントの発生条件４３、イベント発
生時の挙動４４などが定義されている。なお、これらの
イベント情報４０は、ＲＡＭ２５に記憶された機械要素
情報２４の各データ２１，２２，２３と関連づけられて
記憶されている。これにより、訓練用プログラム３９に
基づいて仮想モデル６に工作機械の異常を再現させるこ
とができる。

【００３７】次に、本実施形態の操作訓練装置１におけ
る操作盤２の操作部５０の一例について図４に基づいて
説明する。操作部５０は、図４に示すように、液晶画面
によって構成され、画面上に指などが接触することを検
知し、個々に対応する操作信号８などを送出可能な、い
わゆるタッチパネルのものである。さらに、各画面の表
示の色や、点灯・点滅状態によって工作機械の状況を把
握することができる。

【００３８】具体的に説明すると、図４における上から
三段目までは、主に工作機械の動作状況を表示する状況
表示部５１に相当している。例えば、「といし軸回転
中」５１ａ（図４右上）が点灯している場合には、動作
応答信号１１によって工作機械の仮想モデル６が、とい
し軸が回転し、研削加工の動作をシミュレートしている
ことを示している。さらに、図４の中段にレイアウトさ
れた個々に番号が１〜１１まで付された各操作ボタン５
２（例えば、「１．とびら寸行閉じ」など）は、それぞ
れが工作機械を操作するための操作キーに相当し、同時
にワークの加工状態（加工ステップ）が、どの段階まで
進んでいるか点灯状態で表示するものである。さらに、
個々の操作ボタン５２を押すことによって、各ステップ
の操作を独立して操作することを可能にする。また、図
４の下段の「第１画面」、「第３画面」、及び「第４画
面」の画面切替ボタン５３を触れることにより、画面の
切替が可能となり、別の設定や操作などを行うことでき
る。また、図４右下の「異常リセット」ボタン５４によ
り、工作機械が異常により緊急停止した場合に、各設定
パラメータを初期値に戻すことができ、「閉じる」ボタ
ン５５により、画面表示をさらに上層の表示（例えば、
設定数値の入力画面など）に切替ることができる。

【００３９】上述の操作部５０からの入力操作によっ
て、操作信号８が出力され、ＰＬＣ３及びＣＮＣ装置４
から各制御信号１０，１３が送られて仮想モデル６が制
御される。また、仮想モデル６の制御に対応した工作機
械の動作を示す動作応答信号１１がＰＬＣ３を介して操
作盤２に伝えられ、状況表示部５１に表示される。ここ
で、操作部５０は、実機の操作盤２に利用されるものと
同一の機器である。そのため、仮想モデル６を用いた操
作訓練の際に、操作者に実機と同じ操作性、操作感覚を
感受させることができる。これにより、実機と操作訓練
装置１との間で違和感を覚えることがない。

【００４０】上記の構成により、実機と同一の機器が利
用された操作盤２、ＰＬＣ３、及びＣＮＣ装置４からな
る実機制御部５から、実機を操作し、制御するためと同
一の信号８，１０，１３が出力される。一方、訓練用コ
ンピュータ７は、ＲＡＭ２５に記憶された機械要素情報
２４を構成する形状定義データ２１、連結状態データ２
２、及び動作データ２３に基づいて工作機械の動作をシ
ミュレートする仮想モデル６を構築する。そして、制御
信号１０，１３を、ＩＦ２０を介し、Ｉ／Ｏ制御手段３
１によって受けた訓練用コンピュータ７は、構築した仮
想モデル６を制御信号１０，１３によって仮想的に動作
させる。

【００４１】例えば、ＣＮＣ装置４から実機のＸ軸を移
動させる数値制御信号１３が送出された場合、構築した
仮想モデル６の仮想Ｘ軸（図示しない）を数値制御信号
１３によって移動させる指示が仮想制御手段２７から発
せられる。すると、数値制御信号１３に応じて仮想モデ
ル６の仮想Ｘ軸が移動する。このとき、仮想Ｘ軸の移動
に応じてＲＡＭ２５の機械要素情報２４の連結状態デー
タ２２及び動作データ２３が更新され、新たな状態を示
すものに書換えられる。一方、仮想Ｘ軸の移動が完了す
る仮想モデル６の仮想リミットスイッチがＯＮとなり、
動作応答手段３８から動作応答信号１１が実機制御部５
のＰＬＣ３に送出される。これにより、ＰＬＣ３は、次
のシーケンス制御（例えば、Ｙ軸の移動など）を行うた
めのシーケンス制御信号９を送出する。

【００４２】すなわち、本実施形態の操作訓練装置１に
よれば、実機制御部５から送出された実機と同一の信号
１０，１３に応じて仮想モデル６の動きを制御し、実機
によって送られる同一の動作応答信号１１が実機制御部
５に送り返される。これにより、実機制御部５に対し
て、訓練用コンピュータ７内で仮想的に構築された仮想
モデル６は、実機と同様に振る舞うことができる。すな
わち、実機制御部５は、仮想モデル６を実機として認識
した状況が創生される。

【００４３】これにより、実機制御部５の操作盤２の操
作部５０から工作機械の操作を行う操作者は、実機と同
様の操作性及び操作感覚で、仮想モデル６を制御し、工
作機械の動作をシミュレートすることができる。これに
より、仮想モデル６を利用した工作機械の操作訓練を行
うことができる。

【００４４】さらに、本実施形態の操作訓練装置１は、
構築された仮想モデル６を三次元化して表示することが
できる。すなわち、仮想モデル６を立体的に確認するこ
とができる。これにより、工作機械の動作をシミュレー
トする操作者は、工作機械のイメージを視覚的に認識す
ることができる。また、実機の動作内容の把握がさらに
容易となる。加えて、表示制御手段２９の各種の画像処
理（回転３３、拡大縮小３４、及び抽出３５）によっ
て、上述した立体的な認識がより簡便になる。通常の実
機を用いた操作訓練では、カバーなどに覆われて、加工
工具の動きなどを肉眼で確認することができなかった。
しかしながら、本実施形態の操作訓練装置１によれば、
例えば、カバーなどの不要な部分を除き、必要な各部の
みを抽出して表示することができる。これにより、実際
には、見ることのできない各部の動きを、視覚を通じて
認識できる。

【００４５】さらに、本実施形態の操作訓練装置１は、
ＲＯＭ３６に記憶された訓練用プログラム３９を利用し
て、工作機械の操作時に想定される異常やトラブルなど
を故意に仮想モデル６に発生させることができる。

【００４６】例えば、訓練用プログラム３９の中から、
「気圧異常」のイベントが選択された場合、訓練用コン
ピュータ７は、仮想モデル６をイベント情報４０ａに基
づいて実機が気圧異常によって運転を停止した状態に再
現する。このとき、訓練コンピュータ７からＰＬＣ３を
通じて操作部５０の気圧異常表示部５１ｂ（図４左上）
を赤色で点滅させる実機と同様の動作応答信号１１が送
られる。これにより、工作機械に気圧異常が発生したこ
とを点滅によって操作者に報知する。なお、この異常報
知は、ＣＲＴ３０に文字情報などによって表示すること
もできる。

【００４７】この場合、訓練参加者は、気圧が正常値に
あることを確認した後、操作部５０の「運転準備ボタ
ン」（図示しない）をＯＮにする。これにより、操作盤
２から操作信号８が送出され、仮想制御手段２７によっ
て仮想モデル６を異常状態から正常な状態に戻される。
すると、動作応答信号１１が再び実機制御部５に送出さ
れ、操作部５０の気圧表示部５１ｂが消灯する。これに
より、気圧異常に係る適切な操作がなされ、操作訓練が
完了したことになる。

【００４８】次に、訓練用プログラム３９から「ＮＣ異
常」のイベントが選択された場合を想定して、実機によ
る操作訓練と、本発明の操作訓練装置１との違いについ
て述べる。ここで、仮想モデル６はイベント情報４０ｂ
に従ってＮＣ異常によって運転を停止した状態が再現さ
れている。このとき、同様に動作応答信号１１が実機制
御部５に送られ、操作部５０に表示された状態にある。

【００４９】工作機械に異常が発生した場合、その復帰
操作は、上述の「気圧異常」のように簡単な操作で復帰
する場合もあるが、異常原因に種々のバリエーションが
存在する。そこで、工作機械の操作訓練を行う際には、
個々の異常原因に対応させた復帰操作が必要とされる。
例えば、「ＮＣ異常」の場合、一般に自動モードの状態
で「戻しボタン」を押し、ＮＣ軸の戻しプログラムを起
動することによって原点に復帰させることが最初に行わ
れる。しかしながら、この操作で原点に復帰しないこと
がある。

【００５０】この場合、運転モードを自動モードから手
動モードに切替え、図５に示すような、手動パルス発生
装置６０を利用してマニュアルでＮＣ軸を原点に復帰さ
せる操作を行うことがある。手動パルス発生装置６０
は、操作盤２の操作部５０の近傍に設けられ、中央のハ
ンドル部６１を回転させることにより、パルスを発生さ
せ、工作機械の各ＮＣ軸の移動を可能とするものであ
る。ここで、各ＮＣ軸の送り量はハンドル部６１の回転
数と、送り量選択スイッチ６３とによって決定されてい
る。このとき、”×１”を送り量選択スイッチ６３で選
択したつもりで誤って、”×１０”を選択してしまった
場合、送り量が１０倍になるため、操作員の想定する以
上の量を選択軸が移動することになる。そのため、ＮＣ
軸がずれたり、加工工具を破損するなどの故障の原因と
なる。すなわち、移動するＮＣ軸を選択する軸選択スイ
ッチ６２、及びハンドル送り量を選択する送り量選択ス
イッチ６３を適切に設定しないと、工作機械のＮＣ軸や
加工工具を破損する恐れがある（実機の場合）。

【００５１】しかしながら、本発明の操作訓練装置１に
よれば、手動パルス発生装置６０のハンドル部６１の回
転によって発生したパルスが操作信号８として訓練用コ
ンピュータ７に送られる。そして、仮想モデル６の仮想
ＮＣ軸（図示しない）が操作信号８に基づいて移動す
る。このとき、送り量選択スイッチ６３の選択を誤って
選択したとしても、制御された仮想モデル６によって送
出される動作応答信号１１により、仮想ＮＣ軸が、例え
ば加工対象の仮想ワークに衝突した状況が再現されるだ
けで、実機の場合のような工作機械に重大な損傷を与え
ることがない。

【００５２】そのため、操作訓練の際に誤操作によって
実機にダメージを与える問題が回避される。さらに、敢
えて、上述の誤った操作を体験させることにより、工作
機械がどのようなダメージを被るのかを認識することが
できるため、操作訓練による効果がさらに高くなる。

【００５３】以上、本発明について好適な実施形態を挙
げて説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定され
るものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸
脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可
能である。

【００５４】すなわち、本実施形態の操作訓練装置１で
は、操作盤２として実機の一部を利用するものを示した
が、操作部５０を画面上にソフトウェア的に再現したも
のであってもよい。この場合、実機と同一のレイアウト
に構成することにより、操作性を同じにすることができ
る。

【００５５】さらに、本実施形態の操作訓練装置１は、
実機制御部５を他機種の工作機械のものに置換すること
ができる。これにより、操作手順などの異なる工作機械
の操作訓練を実機制御部５の部分を変更するだけで実施
することができる。これにより、個々の機械に対して操
作訓練用の実機を用意する必要がなくなり、操作訓練に
係るコストを大幅に削減することができる。

【００５６】加えて、操作訓練装置１を利用することに
より、メーカーは工作機械の電気回路や加工用のＮＣプ
ログラムのデバッグ作業を省力化することができる。す
なわち、工作機械の試作時において、異常運転や想定外
操作などに関するデバック作業は、安全性の問題から従
来は多大な時間と労力をかけていた。しかしながら、本
実施形態で示した仮想モデル６を利用することにより、
異常テストなどをコンピュータ上で仮想的に実行するこ
とができる。そのため、工作機械のリードタイムの短縮
につなげられ、開発コストの抑制が可能となる。

【００５７】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明の工作機
械の操作訓練装置は、構築された仮想モデルを実機の一
部を構成する操作手段及び制御手段によって操作及び制
御することにより、実機を用いた場合と同レベルの操作
訓練を実施することができる。さらに、操作訓練用の実
機を用意する必要がないため、操作訓練に係るコストを
大幅に抑えることができる。また、操作者の誤操作など
によって故障が発生することがない。加えて、異常発生
の状態を容易に再現することが可能となり、復帰操作を
実際に体験させることができる。

【００５８】請求項２の発明の工作機械の操作訓練装置
は、請求項１の発明の工作機械の操作訓練装置の効果に
加え、実機の操作盤の操作パネルと同一レイアウトに構
成されていることにより、操作者に実機と操作訓練装置
との間に違和感を覚えさせない。これにより、実機の操
作に戸惑いを感じない。

【００５９】請求項３の発明の工作機械の操作訓練装置
は、請求項２の発明の工作機械の操作訓練装置の効果に
加え、実機の操作盤を利用することにより、実機と同一
の操作感覚が感じられる。これにより、操作の習得がさ
らに容易となる。

【００６０】請求項４の発明の工作機械の操作訓練装置
は、請求項１乃至請求項３のいずれか一つの発明の工作
機械の操作訓練装置の効果に加え、三次元化した仮想モ
デルを回転、拡大縮小、選択抽出などの画像制御が可能
なため、工作機械の動作状況を容易に認識することがで
きるため、操作訓練の速やかな習得が行える。

【００６１】請求項５の発明の工作機械の操作訓練装置
は、請求項１乃至請求項４のいずれか一つの発明の工作
機械の操作訓練装置の効果に加え、実機の一部が利用さ
れる操作手段及び制御手段を置換可能とすることによ
り、他機種の工作機械の操作訓練に対応することができ
る。これにより、従来に比して操作訓練コストの大幅な
削減が見込まれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】操作訓練装置の構成を示す概略構成図である。

【図２】操作訓練装置の機能的構成を示すブロック図で
ある。

【図３】訓練用プログラムの一例を示す説明図である。

【図４】操作部の一例を示す説明図である。

【図５】手動パルス発生装置の構成を示す正面図であ
る。

【符号の説明】

１操作訓練装置（工作機械の操作訓練装置）２操作盤（操作手段）３ＰＬＣ（制御手段）４ＣＮＣ装置（制御手段）６仮想モデル１０シーケンス制御信号（制御信号）１１動作応答信号１３数値制御信号（制御信号）２１形状定義データ２２連結状態データ２３動作データ２４機械要素情報２５ＲＡＭ（記憶手段）２６仮想モデル構築手段２７仮想制御手段２８動作応答手段２９表示制御手段（表示手段）３０ＣＲＴ（表示手段）３３回転（画像制御手段）３４拡大縮小（画像制御手段）３５抽出（画像制御手段）５０操作部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】工作機械を操作する操作手段と、前記操作手段に応じ前記工作機械をシーケンス制御する
プログラマブル・ロジック・コントローラ及び前記工作
機械を数値制御する数値制御装置の少なくともいずれか
一方から前記工作機械の動作を制御する制御信号を出力
する制御手段と、前記工作機械を構成する各部の形状を定義した形状定義
データ、前記各部の連結状態を示す連結状態データ、及
び前記制御信号に対応する前記各部の動作を示す動作デ
ータを含む機械要素情報を記憶する記憶手段と、前記機械要素情報に基づいて前記工作機械の仮想モデル
を構築する仮想モデル構築手段と、前記制御信号に基づいて前記仮想モデルを制御し、前記
工作機械の動作をシミュレートする仮想制御手段と、シミュレートされた前記工作機械の動作に対応する前記
動作応答信号を前記制御手段に出力する動作応答手段
と、前記仮想モデルを三次元化して表示する表示手段とを具
備することを特徴とする工作機械の操作訓練装置。
【請求項２】前記操作手段は、前記工作機械の操作部と同一レイアウトに構成されてい
ることを特徴とする請求項１に記載の工作機械の操作訓
練装置。
【請求項３】前記操作手段は、前記工作機械の操作盤が利用されることを特徴とする請
求項２に記載の工作機械の操作訓練装置。
【請求項４】前記表示手段は、前記仮想モデルを回転、拡大縮小、及び選択抽出の少な
くともいずれか一つの画像処理が可能な画像制御手段を
さらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３の
いずれか一つに記載の工作機械の操作訓練装置。
【請求項５】前記操作手段及び前記制御手段の少なく
ともいずれか一方は、置換可能に接続されることを特徴
とする請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の工
作機械の操作訓練装置。