JP2006175539A - 研削機械に対する機械制御デバイス並びに研削機械上の研削工具および／または工作物の行程経路を定める方法 - Google Patents

Abstract

【課題】時間的に有利な、衝突のない経路を定める。
【解決手段】研削機械の機械制御にデータセットが設けられ、前記データセットは、「０」または「１」の衝突パラメータを、分割された各座標ポイント（Ｘ, Ｙ, Ｚ, Ａ）並びに分割された工具モデルと工作物モデルの各組合せに対して有している。前記衝突パラメータは、相応する座標ポイント（Ｘ, Ｙ, Ｚ, Ａ）に割り当てられた座標関係、すなわち工作物と工具の相対的なポジションに、工具と工作物の衝突または部分的なオーバーラップが生じるか否かを示す。
【選択図】図２

Description

本願は研削機械または比較可能な機械に対する機械制御デバイス並びに工具、殊に研削工具および／または相応する工作物の行程経路を定める方法に関する。

研削機械または浸食機械等の類似の機械では、衝突が起こらないように工作物および／または工具を相対的に調整することがしばしば必要とされる。これは例えば研削工具によって行われる処理プロセスが完了され、他の研削工具が工作物と接触される場合である。工作物および研削工具の位置決め並びにたどられるべき行程経路の制御は、機械制御プログラムの課題であり、機械調整の専門家または機械の操作員が多かれ少なかれインテリジェントプログラミングアシスタントによって調整する。通常、機械調整の専門家にとって、時間的に最適なポジション経路を提供することは不可能である。これは特に、障害物を迂回し、衝突を避けるためにこの経路が直線でない場合に当てはまる。機械制御プログラムが作成される場合にはさらに、研削工具または工作物が相互に、または他の部分と衝突するのを回避するために、衝突しないかを注意深く、時間をかけて検査しなければならない。しかし衝突を避けるために、例えば操作終了後に該当する工具をはじめにいわゆる安全停止位置まで移動させ、その後でこれに続く操作の開始位置へ前記停止位置または他の停止位置から向かうことによって、明確により安全な経路が走行される場合、長い走行経路と長い位置決め時間が生じてしまう。殊に複雑な工作物上の研削操作（例えば穿孔または切削等）の間はこの位置決め時間は相当のロス時間になり、これは回避されるべきである。

従って本発明の課題は、短い位置決め時間を要する、工具および／または工作物に対する行程経路が容易に、短時間で定められる位置決め方法並びに相応する機械制御デバイスを提供することである。

上述の課題は、研削盤主軸キャリアおよび工作物キャリアを有している研削機械に対する機械制御デバイスであって、当該研削盤主軸キャリアおよび工作物キャリアは相互に相対的に、多軸作動デバイスによって作業領域内の複数の方向において可動であり、当該作動デバイスは、機械制御デバイスに接続されており、前記研削機械はさらに、メモリユニットを伴う処理ユニットを有している形式のものにおいて、前記メモリユニットは事前に計算されたデータベースを有しており、当該データベースは、分割されたエレメントに分けられている前記作業領域に対して使用可能であり、衝突パラメータが、それぞれ所定の位置にある所定の工具および所定の工作物に対して、前記分割されたエレメントに事前に割当られており、前記データベースを用いて、存在する衝突パラメータを問い合わせることによって、衝突のない行程経路が得られる、ことを特徴とする、研削機械に対する機械制御デバイスによって解決される。さらに、上述の課題は、研削機械上の研削工具および／または工作物の行程経路を定める方法であって、前記研削機械は研削盤主軸キャリアおよび工作物キャリアを有しており、当該研削盤主軸キャリアおよび工作物キャリアは相互に相対的に、多軸作動デバイスによって作業領域内の複数の方向において可動であり、当該作動デバイスは機械制御デバイスに接続されており、前記研削機械はさらに、メモリユニットを伴う処理ユニットを有しており、前記メモリユニットは事前に計算されたデータベースを有しており、当該データベースは、分割されたエレメントに分けられている前記作業領域に対して使用可能であり、衝突パラメータを、それぞれ所定の位置にある所定の工具および所定の工作物に対して、前記分割されたエレメントに事前に割り当て、前記データベースを用いて、存在している、不変の、事前に計算された衝突パラメータを問い合わせることによって、衝突のない行程経路を得る、ことを特徴とする、研削機械上の研削工具および／または工作物の行程経路を定める方法によって解決される。

本発明に相応する機械制御デバイスは、短い位置決め時間を要する行程経路の入力または決定においてプログラマーを支援する。前記機械制御デバイスは、このような行程経路を自動的に定めるようにされてもよい。この機械制御デバイスおよび属する制御方法の特徴は、事前に計算されたデータベースが設けられていることに基づいている。このデータベースは、分割された作業領域において使用され、各工具、各工具ポジション、各工作物および各工作物ポジションおよび作業領域の分割されたエレメントに対して衝突パラメータを有している。例えば、衝突がない場合にはこのパラメータは「０」であり、各工作物ポジションと工具ポジション（これは機械座標の領域内の点によって定められる）が衝突する場合、すなわち工具と工作物のオーバーラップが存在する場合には「１」である。例えば作業領域にわたる工作物の特定の経路および／または作業領域にわたる工具の特定の経路が設定される場合、データベースの簡単な検索によって、所定の経路に衝突が含まれているか否かが定められる。これは事前に定められた経路の検査の方法としても、行程経路の決定の間の支援方法としても実行される。

データベースの検索は、非常に時間のかかるプロセスである。しかしこれは一度だけ実行されればよい。例えば全ての３つの空間方向において、それぞれ１００の分割された（separate ）ステップに分けられている作業領域の場合、既に１０, ０００の分割されたエレメントが存在する。これによって、同じように分割された第１の工具は、工作物の配向を固定する際に１０, ０００の異なるポジションを取り得る。工作物が例えば１００の分割された配向を取る場合、分けられたこの作業領域は１, ０００, ０００の点を有する。「０」または「１」の衝突パラメータが、各点に対して、すなわち作業領域における各分割された工作物−工具座標関係（作業領域における工作物ポジションおよび工具ポジション）に対して、各分割エレメント（セル）に割り当てられる。工作物と工具が相互に接触しない、または相互に重ならない場合には、全てのセルは「０」である。接触またはオーバーラップが生じる場合には、接触またはオーバーラップが存在する特定のセルのみが例えば「１」である。

上述した方法での衝突パラメータの決定は、有利にはここで、各分割された工作物タイプと組み合わされた各分割された工具タイプに対して行われる。ここで有利には未加工部品の幾何形状が工作物として選択される。その後これら全ての座標関係が、データベース内に記入される。この種のデータベースの計算が、高性能コンピュータをもってしても１日以上かかることがわかるだろう。しかしデータベースはその後、ルックアップテーブルを形成する。このルックアップテーブルに基づいて、研削工具および／または工作物の所定が数秒以内に、またはデータの相応の配置によってそれよりも迅速に、衝突が生じるかについて検査される。

本発明の方法および機械制御デバイスはこれによってそれぞれそれ自体で、行程経路のプログラミング時または前記行程経路の自動作成時に衝突がないかについて検査を実行する基礎を確率する。殊に時間的に有利な行程経路が、データベースを繰り返し用いることによって非常に迅速に定められる。

データベースは、機械製造業者によって一度だけ作成されればよい。その後このデータベースは、全ての既存の機械または研削機械械にコピーされるので、この場合に有利な行程経路の決定が可能になる。例えばこのために特定の行程の開始点と終了点の間の可能な全ての可能な経路から、衝突のない経路が定められる。これは最適な行程経路に限りなく近い。このために公知の標準方法が付加的に使用可能である。

個々の場合には、データベースが作業領域の別個にされたエレメントと、その衝突パラメータを含むので充分である。これらは位置決め時に通過される。場合によっては作業領域の周縁領域に割り当てられた別個のエレメントは省いても良い。しかし作業領域の全ての分割エレメントを含むのが有利である。これによって各可能な衝突ケースがデータベース内に含まれる。

さらに有利には、該当する機械上で使用される全ての工具がそれぞれ工具モデルを形成する。ここで工具は、工具分割エレメントによってあらわされる。工作物も分割（離散的に）される。ここでは工作物として有利には、該当する研削機械上で機械処理されるべき未加工部品がシンプルな幾何形状（例えば円筒または円錐または段付き円筒等）で、別個にされて、工作物モデルとして用いられる。

この方法は特に、少量の材料除去のみを有しており、工作物がその形状を機械処理の間に僅かにしか変化させない研削機械での使用に適している。従って未加工部品の工作物モデルは、工作物での処理の進行にもかかわらず有効のままである。

データベースは、索引付きリストから成る。すなわち０と１の連続である。ここでは通常、０が長く続いて現れる。従って前記データベースは、初めから容易に圧縮される。データ圧縮はそれぞれ、工具モデルと工作物モデルの組合せに制限される。これによって部分的なデータベースのみが、特定の工作物と特定の工具の経路に衝突がないかを検査するために解凍（アンパック）されればよい。

本発明の有利な実施例の付加的な詳細を図面、説明または特許請求の範囲に示す。実施例を図示する。

図１には非常に概略化された研削機械１の図が示されている。この研削機械１は、研削工具３、すなわち研削砥石を備えた研削盤主軸キャリア２を有している。研削盤主軸キャリア２は幾つかの方向、例えば３つの方向Ｘ, Ｙ, Ｚで線形調整される。対応する駆動部４, ５, ６は、調整のために用いられ、当該対応駆動部は制御デバイス７に、制御線を介して接続されている。前記制御デバイスは、例えば機械制御コンピュータであり、これはメモリユニット８に接続されている。さらに研削機械１は工作物キャリア９を含み、この工作物キャリア内には、図１で示されたようにロッド型の未加工工作物１１が取り付けられている。例えば工作物キャリア９は軸Ａを中心に回転可能であるように取り付けられる。対応駆動部１２は制御ユニット７に接続されている。研削盤主軸キャリア２がＹ方向およびＺ方向にのみ運動可能である場合には、工作物キャリア９は付加的にＸ方向に運動可能であってもよい。この場合に駆動部４は、工具キャリア９に接続されている。

座標系Ｘ, Ｙ, ＺおよびＡは、研削砥石３および未加工工作物１１の運動に対する４次元の作業領域を形成する。制御デバイス７は、所望の研削結果を得るために研削砥石３および未加工工作物１１の運動を制御する。これはさらに研削砥石３および／または未加工工作物１１の運動を制御し、種々異なる工具を未加工工作物１１に例えば順次接触させることが可能である。ここで研削盤主軸キャリア２および工作物キャリア９は、出来るだけ短時間で移動されなければならない。すなわち時間的に最適またはほぼ時間的に最適なまたは少なくても時間的に有利な行程経路が検索されることを意味する。しかし上述したように、これによって研削砥石３と未加工工作物１１またはその他のエレメントとの間に衝突が生じてはいけない。従って制御デバイス７は、四次元の作業領域内の提案された経路を、衝突に関して検査することができる。このためにこれはメモリユニット８内に設けられたデータベースを使用する。このデータベースは、分割された４次元作業領域における研削砥石３および未加工工作物１１の全ての可能なポジションに対して衝突パラメータを含む。これは未加工部品１１の全ての分割された回転ポジション（Ａポジション）と組み合わされた、研削砥石３の全ての分割されたＸ, ＹおよびＺポジションに対して、研削砥石３の体積と未加工工作物１１の間でオーバーラップ（衝突）が生じるか否かが定められていることを意味する。図２には、このことを説明するために、作業領域Ｒの二次元の例が示されている。作業領域の分割された座標はＸ_０からＸ_ｎまでおよびＸ_０からＹ_ｍまで広がっている。従って、２つの軸でのみ調整が可能である場合には（Ｘでの調整およびＹでの調整）、個別化された作業領域Ｒは、研削砥石３と工作物１１の間の全ての可能な分割された相対的なポジションを含む。座標Ｘ_ｋおよびＹ_ｌによって識別される工具３は試験的に、分割された作業領域の各ポイントに動かされる。ここでオーバーラップが存在する場合にはその座標Ｘ_ｋおよびＹ_ｌに衝突パラメータ「１」が割り当てられ、その他の場合には、「０」が割当られる。研削スクエア「０」は、図２では空である。

これと相応に、衝突パラメータ「０」および「１」が、三次元作業領域または四次元作業領域に対しても定められる。これは各衝突パラメータが、工具３の各可能なポジションまたは工作物１１の各可能なポジションに対して定められることを意味している。衝突パラメータは、データベースＤとしてメモリユニット８内に格納される。概略的に説明すると、このデータベースＤは、全作業領域Ｒに対して工具３と工作物１１とのオーバーラップを含む。ここでは概略的に演算子「ｏｖｅｒｌ」として示されているオーバーラップは、分割された作業領域における工具３および工作物１１の各相対的なポジションに対して交差のテストを含む。

制御デバイス７はここで、以降の図６の二次元の例に基づいて、以下のように経路Ｐを定める。

衝突の無い行程経路が、分割作業領域（ここではこれは二次元Ｘ, Ｙ）においてＡからＢまで検索される。前記経路はかなり短いはずである。衝突の危険を伴う領域は、細かい平行線によって印が付けられており、これらはそれぞれデータベースＤにおいて「１」によって識別されている。ここでこの方法は、分割離散化によって与えられた格子において衝突の危険のある領域の周囲をまわる経路を探す。さらにこの経路は、内部領域１４に沿って直接的に延在する最適な行程経路であり、これは曲線によって規定されており、前記領域１４は衝突ゾーンを識別する。しかし経路Ｐは、図６に概略的に示されているような、停止ポジションを介して延在する従来の通過経路Ｐ_０よりも格段に有利である。

二次元の格子は、実際の研削機械１にとっては充分ではなく、４次元の作業領域において相応に作動される。これは次のことを意味する。すなわち、工具および工作物の可能な相対ポジションを識別する全ての４つの座標系セットＸ, Ｙ, Ｚ, Ａに対して、衝突パラメータ「０」または「１」が定められ、格納されることを意味する。このデータベースは経路検索時に使用され、計算コストを必要とせず、格納された値を使用するだけで、選択された経路、またはまさに今定められた部分経路または操作員によって入力された部分経路に衝突があるか否かを定めることができる。

衝突パラメータは、有利には特定の工作物および特定の工具および全多次元作業領域に対して定められるだけではなく、同時に、全ての個別化された工具および全ての個別化された工作物に対して定められる。これは図３および図４に示されている。図３は工具ＷＺ１, ＷＺ２, ＷＺ３の供給をあらわしている。これは研削砥石車を格子内に全ての存在するサイズおよび形状で含んでいる。基本的にはここで工具モデルの数は制限されない。この実施例では３種類である。また、幾つかの工作物モデルがあり、殊に、種々異なるサイズの円筒状未加工部品に対する３つの工作物タイプが存在する。有利には異なる工作物モデルＷＳ１, ＷＳ２, ＷＳ３は、所与の分割内において、それぞれ１つの分割ステップだけ異なる。しかし図４に示されているように、粗い段階付けアレンジも選択可能である。ここで分割された全作業領域Ｒに対して、全ての工具モデルと全ての工作物モデルとのオーバーラップが図５に示されたように形成され、データベースが作成される。このデータベースは、各可能な組合せＷＺＩ, ＷＳＪ（ここでＩおよびＪはそれぞれ工具モデルの数と工作物モデルの数をあらわす）および可能な相対ポジションに対して衝突パラメータを含む。この衝突パラメータは、離散化された作業領域Ｒの各ポイントに割当られている。このデータセットは、各衝突パラメータが１ビットしか必要でない場合にも、四次元作業領域に対して、複数のギガバイトを含む。ここでこの四次元作業領域の座標は、それぞれ、１００に分割されたステップに分けられている。これは、例えば相対的に僅かな数の（例えば３つの）工具モデルおよび工作物モデルが使用される場合にもあてはまる。このデータ量を計算するのに高性能コンピュータは場合によっては幾日かを必要とする。しかし、作成されたデータセットは与えられた研削機械タイプに対して普遍的に使用される。すなわち前記データセットは、容易に、製造されたあらゆるタイプの研削機械にコピー可能である。この場合に、新たな計算は必要ない。

上述したように、データセットは圧縮形式で格納される。このデータセットは有利には、部分データセットに分けられる。こここで各部分データセットは工具−工作物ペアをあらわし（ＤＴ＝ＷＺＩ ｏｖｅｒｌ ＷＳＪ／Ｒ）をあらわす。このような場合には、ポジショニング経路に衝突が無いことを突き止めるのには、ここで問題となる特定の工具または問題となる工作物に関連する部分データセットのみが解凍されればよい。解凍されたデータセットは経路の決定または検査に使用され、ここでその結果は実際には迅速に供給される。

時間的に有利な、衝突の無い行程経路を定めるために、研削機械の機械制御はデータセットＤを使用することができる。ここで前記データセットは、各分割された座標ポイント（Ｘ, Ｙ, Ｚ, Ａ）において、並びに各分割された工具モデルＷＺＩおよび工作物モデルＷＳＪに対して、衝突パラメータ「０」または「１」を有している。前記衝突パラメータは、相応する座標ポイントＸ, Ｙ, Ｚ, Ａに割当られた座標関係（すなわち工作物１１と工具３の相対的なポジションに対して）に対して、工具と工作物の衝突または空間的な重畳が生じるか否かをあらわす。このデータベースＤは、ルックアップテーブルを形成する。このルックアップテーブルは、所与の経路を検査するために、または経路の拡張または段階的な構築に対して使用される。時間的に有利な経路の計算は、計算能力が制限されている場合でも数秒で実行される。なぜなら、時間的のかかるおよび計算コストのかかる衝突計算が省かれるからである。事前に計算されたルックアップテーブルがこのために使用される。

研削機械と研削機械の制御デバイスの概略図。 相互にオーバーラップしている分割された工作物モデルおよび分割された工具モデルを伴う２次元の分割された作業領域の概略図。 分割された工具モデルの供給の概略図。 分割された工具モデルの別の供給の概略図。 衝突パラメータを定めるデータベースの構造を式であらわした図。 二次元の例における、作業領域に分割された障害物の周囲の衝突のない経路の決定の概略図。

Claims (12)

1. 研削盤主軸キャリア（２）および工作物キャリア（９）を有している研削機械（１）に対する機械制御デバイスであって、
   当該研削盤主軸キャリアおよび工作物キャリアは相互に相対的に、多軸作動デバイス（４, ５, ６, １２）によって作業領域（Ｒ）内の複数の方向（Ｘ, Ｙ, Ｚ, Ａ）において可動であり、
   当該作動デバイス（４, ５, ６, １２）は、機械制御デバイス（７, ８）に接続されており、
   前記研削機械（２）はさらに、メモリユニット（８）を伴う処理ユニット（７）を有している形式のものにおいて、
   前記メモリユニット（８）は事前に計算されたデータベース（ｄ）を有しており、当該データベースは、分割されたエレメント（Ｘ_ｉ, Ｙ_ｊ）に分けられている前記作業領域（Ｒ）に対して使用可能であり、
   衝突パラメータ（０または１）が、それぞれ所定の位置にある所定の工具（３）および所定の工作物（１１）に対して、前記分割されたエレメント（Ｘ_ｉ, Ｙ_ｊ）に事前に割当られており、
   前記データベース（Ｄ）を用いて、存在する衝突パラメータ（０または１）を問い合わせることによって、衝突のない経路（Ｐ）が得られる、
   ことを特徴とする、研削機械（１）に対する機械制御デバイス。
2. 前記データベース（Ｄ）は、作業領域（Ｒ）の全ての分割されたエレメント（Ｘ_ｉ, Ｙ_ｊ）を含む、請求項１に記載された機械制御デバイス。
3. 前記工具（３）は分割された工具モデル（ＷＺ１, ＷＺ２, ＷＺ３）によってあらわされる、請求項１記載の機械制御デバイス。
4. 前記工作物（１１）は分割された工作物モデル（ＷＳ１, ＷＳ２, ＷＳ３）によってあらわされる、請求項１記載の機械制御デバイス。
5. 前記未加工部品の幾何形状は、工作物（１１）をあらわすための基本である、請求項１記載の機械制御デバイス。
6. 前記データベース（Ｄ）は、作業領域全体および取りうる全ての工作物ポジションに対して、少なくとも１つの工作物モデル（ＷＳ１）および少なくとも１つの工具モデル（ＷＺ１）に対して衝突パラメータ（０または１）を含む、請求項１記載の機械制御デバイス。
7. 前記データベース（Ｄ）は、作業領域全体および取りうる全ての工具ポジションに対して、少なくとも１つの工作物モデル（ＷＳ１）および少なくとも１つの工具モデル（ＷＺ１）に対して衝突パラメータを含む、請求項１記載の機械制御デバイス。
8. 前記データベース（Ｄ）は、全作業領域および取りうる全ての工作物ポジションに対して、全工作物モデル（ＷＳ１, ＷＳ２, ＷＳ３,...）および全工具モデル（ＷＺ１, ＷＺ２, ＷＺ３,...）に対する衝突パラメータを含む、請求項１記載の機械制御デバイス。
9. 前記データベース（Ｄ）は圧縮されている、請求項１記載の機械制御デバイス。
10. 前記データベース（Ｄ）は部分データベース（Ｄ１, Ｄ２, Ｄ３,...）に分けられており、
    当該部分データベースは、全ての可能なポジションに対して工作物−工具組合せ（ＷＺ１−ＷＳ１；ＷＺ１−ＷＳ２；ＷＺ１−ＷＺ３；ＷＺ２−ＷＳ１；ＷＺ２−ＷＳ２...）に対する衝突パラメータ（０／１）を含む、請求項１記載の機械制御デバイス。
11. 前記部分データベース（Ｄ１, Ｄ２, Ｄ３,...）は、個々に別個に圧縮されている、請求項１記載の機械制御デバイス。
12. 研削機械（１）上の研削工具（３）および／または工作物（１１）の行程経路を定める方法であって、
    前記研削機械は研削盤主軸キャリア（２）および工作物キャリア（９）を有しており、
    当該研削盤主軸キャリアおよび工作物キャリアは相互に相対的に、多軸作動デバイス（４, ５, ６, １２）によって作業領域（Ｒ）内の複数の方向（Ｘ, Ｙ, Ｚ, Ａ）において可動であり、
    当該作動デバイス（４, ５, ６, １２）は機械制御デバイス（７, ８）に接続されており、
    前記研削機械（２）はさらに、メモリユニット（８）を伴う処理ユニット（７）を有しており、
    前記メモリユニット（８）は事前に計算されたデータベース（ｄ）を有しており、当該データベースは、分割されたエレメント（Ｘ_ｉ, Ｙ_ｊ）に分けられている前記作業領域（Ｒ）に対して使用可能であり、
    衝突パラメータ（０または１）を、それぞれ所定の位置にある所定の工具（３）および所定の工作物（１１）に対して、前記分割されたエレメント（Ｘ_ｉ, Ｙ_ｊ）に事前に割り当て、
    前記データベース（Ｄ）を用いて、存在している、不変の、事前に計算された衝突パラメータ（０または１）を問い合わせることによって、衝突のない行程経路（Ｐ）を得る、
    ことを特徴とする、研削機械上の研削工具および／または工作物の行程経路を定める方法。

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