JP2006190285A - 音声出力及び音声認識の可能な工作機械用制御システム及びその方法 - Google Patents

音声出力及び音声認識の可能な工作機械用制御システム及びその方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明はPLC(Programmable Logic Controller)により制御される工作機械から各種出力情報を、スピーカを通してユーザに音声で出力させ、ユーザから音声で命令を受信した場合、工作機械が対応する動作を行なうように制御命令を出力する工作機械用制御システムを提供する。
【解決手段】工作機械からの出力情報に対応して、PLC105は、既に設定された音声コードを共有メモリ103に出力し、音声判読装置111が、該当音声コードに対応する音声データを音声メモリ109から抽出してスピーカ115に出力する。また、マイクロホン119を通して入力されるユーザの音声による命令を受信する音声判読装置111は、対応する音声命令コードを抽出して中央処理装置に出力することによって、対応する制御命令が工作機械に出力されるようにする。
【選択図】図1

Description

本発明は工作機械用制御システムに係り、特に運転中の工作機械の現在状態及び異常情報などを含む各種制御結果を、音声出力を通して作業者に通報し、かつ音声認識で加工プログラムの編集及び運転の実行を可能にする音声出力及び音声認識の可能な工作機械用制御システム及びその方法に関する。
工作機械、特にマシニングセンターやNC(Numerical Control:数値制御)旋盤を含む数値制御工作機械では、機械の状態がどうなっているのかを肉眼で確認し難くなっている。それは、機械の作動が数値制御用コンピュータによって統制されているからである。
このような数値制御工作機械は、その起動、停止、動作選択、モード転換のような命令の入力及びデータ入力などのための操作盤を含んでいる。操作盤には、ユーザの命令に対する処理結果を含む動作状態を表示するためのランプまたは表示装置が設けられている。
しかし、このようなランプや表示装置を通した表示は、一般的に所定の取り決めによる記号や略語を用いて表示するため、ユーザがその表示から機械の状況を読み出したり、正確に判断したりするためには、長時間を要するようになる。従って、数値制御プログラムに精通な熟練作業者でなければ迅速に対処し難いとの問題点がある。また、作業者が途中に変る場合のように、作業初期設定された表示、文字または数字に関して理解していない作業者は、機械の状況を正しく把握できなくなる。従って、予想外の問題点が発生する可能性が極めて高かった。
特に、作業者が特殊なデータコードを入力しておいた場合は、該当作業者だけが正確な内容が分かり、他人は該当設定事項がよく分からない可能性が極めて高い。従って、他の作業者は手動マニュアルを把握しなくては、機械の状況を迅速に認知し難い。
工作機械の状況に対してユーザが認識可能な音声で出力する方法は、このような問題点を解決する一つの手段になりうる。このような工作機械用制御システムは、工作機械の制御及び制御結果の受信のために数多くの入出力端子を備えるようになる。このような入出力端子として、通常PLC(Programmable Logic Controller)が適用される。従って、工作機械の各種制御結果が入力されるPLCから、直接に音声出力を指示する方法が必要である。
本発明は、前述したような問題点を解決するために案出されたもので、その目的は、PLCの数値制御命令に従って制御される工作機械からの各種情報を対応する所定の音声でユーザに表示できる工作機械用制御システム及びその方法を提供するところにある。
本発明の他の目的は、ユーザから所定の音声によって命令を入力され、工作機械が対応する動作を行なうように制御する工作機械用制御システム及びその方法を提供するところにある。
本発明のさらに他の目的は、PLCによって動作するラダープログラムで具現可能な各種音声出力方法を提供するところにある。
前述した目的を達成するため、本発明は、NC装置部の制御によって動作し、前記制御によってユーザに表示される所定の制御結果を出力する工作機械用制御システムにおいて、共有メモリと、前記制御結果に対応する所定の音声データが貯蔵された音声メモリと、前記制御結果が伝達され前記制御結果に対応する音声コードを前記共有メモリに貯蔵するPLCと、前記共有メモリから読み取った前記音声コードに対応する前記音声出力データを前記音声メモリから読み出して出力する音声判読装置と、該音声判読装置からの音声出力データをアナログ音声信号に変換する音声出力処理装置と、該音声出力処理装置の出力をユーザが聞けるように変換するスピーカと、を含むことを特徴とする。
前記PLCは、前記制御結果のうち前記NC装置部を通して処理され表示される制御結果に対応する前記音声コードを前記NC装置部に伝達し、前記NC装置部が前記音声コードを前記共有メモリに貯蔵することによって処理する構成とすることができる。
前記PLCは、前記制御結果に応じて、Mコード接点出力と同時に前記音声コードが出力される形態に具現される所定のラダー(ladder)プログラムにより動作することが望ましい。ここで「Mコード」とは、CNC(Computerized Numerical Control:コンピュータ化数値制御)用語において、機械のオンオフ動作等の補助機能を指令するアドレスMに続くコード化された数値である。
望ましくは、前記共有メモリの所定領域は前記音声コードにそれぞれ対応する所定のフラグ(flag)を表示するために割当てられ、前記PLCは前記フラグを表示する方法で前記音声コードを前記共有メモリに貯蔵することができる。
前記工作機械用制御システムは、マイクロホンと、音声認識処理装置をさらに含むことができる。これにより、マイクロホンはユーザ音声命令を所定の電気的な音声信号に変換し、音声認識処理装置は受信した前記音声信号をデジタル形態の音声データに変換して前記音声判読装置に出力する。この場合、前記音声メモリには既に設定されたユーザ音声命令に対応する音声認識データが共に貯蔵され、前記音声判読装置は、前記音声データを前記音声認識データと比較することによって対応する音声命令コードを抽出して前記NC装置部に出力する。前記NC装置部は前記音声命令コードに対応する制御命令を前記PLCに伝達し、前記PLCが前記制御命令に従って工作機械を制御することによって本発明の音声認識が処理される。
本発明の工作機械は、前述した工作機械用制御システムを備え、所定の制御結果に対する情報をユーザが認識可能な音声で出力しつつ所定の対象物を加工することができる。
本発明の工作機械用制御システムの音声処理方法は、NC装置部の制御命令に従って所定のPLCが工作機械を制御する工作機械用制御システムの音声処理方法において、前記PLCに制御結果が伝達され、前記PLCが前記制御結果に対応するフラグを表示する段階を含む。その後、前記フラグに対応して既に貯蔵された所定の音声出力データを抽出して出力する段階及び前記音声出力データをユーザが認識可能な音声で出力する段階を行なうことによってなされる。
ここで、前記フラグの表示は前記音声コードそれぞれに対応する所定の共有メモリ上の所定領域に既に設定された値を貯蔵する方法で表示されることが望ましい。
本発明の音声処理方法は、受信したユーザ音声命令を所定の電気的な音声信号に変換する段階と、前記音声信号をデジタル形態の音声データに変換して前記ユーザ音声命令に対して既に設定された音声認識データのうち同一なものを判読する段階をさらに含むことができる。また、前記判読の結果、同一な前記音声認識データに対応する所定の音声命令コードを抽出して前記NC装置部に出力する段階及び前記NC装置部が前記音声命令コードに対応する制御命令を前記PLCに出力することによって前記工作機械を制御する段階をさらに含むことによって所定の音声認識によるユーザ音声命令を処理することができる。
本発明の工作機械用制御装置は、工作機械の動作中発生する各種制御結果としてユーザに表示されるべき事項をユーザが認識できる音声で出力することができる。
これにより、工作機械の各種出力を表示するLEDなどの表示素子を具備する必要がなくなり、PLCの出力接点を最小化することができる。従って、操作盤が簡素化する長所がある。
また、本発明の工作機械用制御システムは、PLCが直接に所定の音声出力命令を生成するようにすることによって、制御結果のうちPLCが操作盤を通して直接にユーザに表示した事項について同一に適用することができ、音声処理のためにNC用中央処理装置を用いる必要がない。
また、ユーザの音声による制御命令を認識し、工作機械として対応する動作を行わせるように制御することができる。
以下、本発明の望ましい実施例を、添付した図面に基づき詳述する。
図1は本発明の工作機械用制御システムのブロック図である。本発明の工作機械用制御システム100は、所定の制御による工作機械の起動、停止、モード転換などの動作状態及び異常動作などに対する情報を含む制御結果中、ユーザに表示されるべき制御結果を、視覚的表示装置以外にユーザが認識可能な音声で出力する。また、本発明の制御システム100は操作盤(operation panel)などを通したユーザの操作ではなく、ユーザの音声で伝達される所定の命令を認識し、工作機械がこれに対応する動作を行なうように制御する。
以下、図1を参照して制御システム100の各構成を説明する。本発明の制御システム100は、NC装置部101、共有メモリ103、PLC(Programmable Logic Controller)105、NC加工メモリ107、音声メモリ109、音声判読装置111、音声出力処理装置113、スピーカ115、音声認識処理装置117、マイクロホン119及びサーボインターフェース装置121を含み、機械システム200と連結される。説明の便宜のため、後述する各種制御結果は工作機械によりユーザが視角または聴覚によって認識可能な方法で表示されることとする。
NC装置部101は、工作機械を総括制御するプログラムを有する装置であって、工作機械の起動、停止、動作選択、モード転換などのように工作機械の全般的な運用が可能なように制御する装置である。
NC装置部101は、PLC105から所定の音声コードが入力され、対応する音声出力データが出力されるように制御する。
ここで、音声コードとは、所定の制御命令による工作機械の制御結果に対応する音声データに対して、各装置が共通に認識するように割当てられた識別子である。本発明の制御システム100は、工作機械が出力する制御結果をユーザが認識できるアナログ音声信号で出力する。このため、制御システム100は、アナログ音声信号を所定の方法でコーディングしたデジタル音声データを貯蔵する。
また、NC装置部101は、ユーザから音声による命令(以下、「ユーザ音声命令」と称する)が入力されて、工作機械が対応する動作を行なうように、PLC105に所定の制御命令を伝達する。このため、NC装置部101は、音声判読装置111から共有メモリ103を通して伝達される音声命令コードを受信することができる。NC装置部101内の中央処理装置は、音声命令コードを受信すれば、工作機械が対応する動作を行なうように、PLC105を通して所定の制御命令を出力する。「音声命令コード」とは、ユーザ音声命令に対して各装置が共通に認識するための既に設定された識別子である。ユーザの音声命令はそれぞれ所定の音声命令コードに割当てられる。
共有メモリ103は、NC装置部101、音声判読装置111、PLC105及びサーボインターフェース装置121の命令を中継する記憶装置である。
共有メモリ103上の所定領域は、所定の音声コード及び工作機械の制御結果を含む各種情報を表示するために割当てられる。共有メモリ103上に表示される各種情報を、ここでは「フラグ」と称する。共有メモリ103に接続可能な装置は、共有メモリ103の既に割当てられた所定領域に所定の値を貯蔵することによって該当フラグを表示する。各装置はフラグを読み込むことによって情報を共有し、命令を伝達する。NC装置部101が、PLC105から音声コードを入力され、対応する音声出力データが出力されるように制御する場合、該当音声コードに対応するフラグを共有メモリ103に表示するようになる。
PLC105は、NC装置部101から工作機械の動作に必要な所定の制御プログラム(例えば、ラダー(ladder)プログラム)を受信して処理しつつ、所定の制御命令を機械システム200に出力する。
PLC105は、機械システム200から前記制御命令に対する制御結果が伝達され、NC装置部101に伝達したり共有メモリ103の該当フラグを表示したりする。また、PLC105は、制御結果に対応する音声コードがある場合、制御結果と共に共有メモリ103の該当フラグを表示したり、NC装置部101に伝達したりする。
NC加工メモリ107は、NC装置部101の動作に必要なプログラム及び各種データを貯蔵する。NC装置部101は、NC加工メモリ107から所定の情報を読み込んで、工作機械及び工作機械用制御システム100の全般的な運用及び処理順序による順次的な制御機能を行なう。
音声メモリ109には、工作機械の始動を含む動作状態及びその他の異常状態を含む各種制御結果に対応する音声出力データが貯蔵される。また、音声メモリ109には、ユーザ音声命令に対応する音声認識データが貯蔵される。このような音声出力データ及び音声認識データは、既に設定されたものとして音声メモリ109に貯蔵されたものであるが、所定の方法に変更することができ、それぞれ音声コード及び音声命令コードに対応する。
但し、本発明の他の実施例によれば、NC加工メモリ107及び音声メモリ109は一つのメモリに具現されうる。
音声判読装置111は、NC装置部101とPLC105から出力される音声コードを共有メモリ103のフラグを通して読み取る。音声判読装置111は、読み取った音声コードを分析して、対応する音声出力データを音声メモリ109から抽出して音声出力処理装置113に出力する。
また、音声判読装置111は、音声認識処理装置117から入力されるデジタル音声データを、音声メモリ109に貯蔵された音声認識データと比較することによって、対応する音声命令コードを判読する。音声判読装置111は、判読した音声命令コードを、共有メモリ103を通してNC装置部101に出力する。
音声出力処理装置113は、音声判読装置111から提供される音声出力データをアナログ音声信号に変換し、増幅してスピーカ115を通してユーザに出力する。
音声認識処理装置117は、マイクロホン119から伝達されるアナログ音声信号をデジタルに変換し、所定の方法でコーディングすることによって、デジタル音声データに変換して音声判読装置111に出力する。音声認識処理装置117から出力される音声データは、音声判読装置111で所定の音声命令コードに判読され、NC装置部101に伝達される。
マイクロホン119は、ユーザの音声を電気的音声信号に変換して音声認識処理装置117に出力する。ユーザは、音声で処理できるように既に設定された命令を、マイクロホン119を用いて制御システム100に伝達する。
サーボインターフェース121は、工作機械に使われる各種サーボモータ(図示せず)とのインターフェースを提供する。サーボモータ(図示せず)に伝達される制御命令は、共有メモリ103のフラグを表示する方法でサーボインターフェース121を経由する。
機械システム200は、工作機械を構成する各種工具及びテーブルを含む概念であって、PLC105の制御信号に応じて必要な区間を移動したり、必要な回転数を作動したりして、実際的に加工するシステムである。
以下、図2及び図3を参照して本発明の工作機械用制御システムの音声出力及び音声認識動作を説明する。
図2は、本発明に係る工作機械用制御システムの音声出力方法の説明に提供される流れ図である。
PLC105は、機械システム200から所定の現在状態及び異常状態に対する情報を含む所定の制御結果を受信すれば、これに対応する音声出力があるかどうかを判断する。但し、このような音声出力があるかどうかの判断は、ラダープログラムで具現可能な制御命令で、NC装置部101などから既に受信したことに基づいてなされる(S201)。
PLC105は、音声出力があるかどうかを判断して、対応する音声コードをNC装置部101に直接にまたは共有メモリ103のフラグを表示する方法で出力する。音声コードがNC装置部101に出力される場合は、該当制御結果がNC装置部101により処理される場合である。一方、PLC105が直接に該当制御結果をユーザに表示、伝達するなどの諸般処理を施す場合、該当音声コードが共有メモリ103に出力される(S203)。
NC装置部101に出力された音声コードも、共有メモリ103のフラグを表示する方法で音声判読装置111に伝達される。音声判読装置111は、共有メモリ103の所定のアドレスの値を読み取ってPLC105やNC装置部101から伝達される音声コードを認知する。そして、音声判読装置111は、該当音声コードに対応する音声出力データを音声メモリ109から読取って音声出力処理装置113に出力する(S205)。
音声出力処理装置113は、受信した音声出力データをアナログ音声信号に変換し、所定のサイズに増幅してスピーカ115に出力することによってユーザが認識できる音声で出力されるようにする(S207)。
前述した方法を通して本発明の工作機械用制御システムの音声出力機能が行われる。
PLC105を用いる本発明の音声出力機能は、PLC105が処理するように設定された所定の制御プログラムにより音声コードが出力されることによってなされる。PLC105の制御プログラムは、通常ラダープログラムに作成されるため、音声コードの出力のためのプログラムもラダープログラムに含まれる。
図3は、本発明に係るPLCのためのラダープログラムの一例を示す図である。
図3において、梯子形態はPLC105の「入力接点」を示し、円で示されたものはPLC105の「出力接点」を示す。X***は入力接点の種類を示したものであり、M1はCNC(Computerized Numerical Control)用言語であるMコードのうちの一つである。Y***は該当出力接点名である。V1は音声コードの一つであり、V***は音声コードに対応する音声出力データの音声メモリ109上のアドレスを示す。
図3のラダープログラムは、機械システム200からX***に該当する入力があれば、作動コードであるM1コードを出力することによって所定の動作を実行させると同時に、並列的に音声コードであるV1コードを出力するように設定されることを示す。
音声出力データを対応させ音声で出力できることは、Mコードに対応するものである。以下、既存のMコードによる文字メッセージテーブルに対応する音声出力データテーブルの例を次の表1を通して説明する。
Figure 2006190285
まず、「M00 PROGRAM STOP(プログラムストップ)」の状態に対応する音声出力データは「V00プログラムの停止です。」である。「V01オプションプログラムの停止です。」の音声出力データは「M01 OPTIONAL PROGRAM STOP(オプションプログラムストップ)」に割り当てられる。「M02 PROGRAM END(プログラム終了)」は「V02プログラムが終わりました。」に割り当てられ、「M30 PROGRAM END/REW」は「V30プログラムが終りました。」に割り当てられる。
このような方式でツールチェンジによる音声出力データを具備することができ、回転数変換、クランプ、クーラント及びスピンドル制御それぞれによる音声プログラムを備えることができる。
その他、全ての工作機械の運用によるコード出力が音声出力に変換可能である。
図4は本発明に係る工作機械用制御システムの音声認識方法の説明に提供される流れ図である。
ユーザはマイクロホン119を通して既に設定されたユーザ音声命令を入力すれば、マイクロホン119は入力されるユーザ音声命令を所定の電気的な音声信号に変換する。ユーザが音声を通して工作機械を制御できる事項は、所定の設定方法により音声命令コードを割り当てたものに限られる。このような設定の変更は可能であるが、基本的にNC装置部101が処理するように設計された範囲内で可能である(S401)。
マイクロホン119が生成された音声信号は、音声認識処理装置117を通してデジタル音声データに変換された後、音声判読装置111に入力される。音声判読装置111は、入力された音声データを音声メモリ109に貯蔵された各音声認識データと比較して、対応する音声命令コードを探し出す。音声判読装置111は、判読した音声命令コードを共有メモリ103に出力する(S403)。
NC装置部101は、共有メモリ103のフラグを読み取って所定の音声命令コードが入力されたかを確認する。NC装置部101は、読み取った音声命令コードに対応する工作機械の作業内容に対応する制御命令をPLC105に伝達する。PLC105は、NC装置部101から入力された制御命令に対応して所定の機械システム200を制御する(S405)。
このような方法を通して本発明が音声認識による工作機械の制御が行われる。
以上、本発明の好適な実施例について示しかつ説明したが、本発明は前述した特定の実施例に限らず、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨から逸脱しない範囲内で、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって多様に変形・実施が可能である。このような変形実施は本発明の技術的思想や展望から個別的に理解されてはいけない。
本発明は、運転中の工作機械の現在状態及び異常情報等を含む各種制御結果を音声出力を通して作業者に通報し、かつ音声認識で加工プログラムの編集及び運転の実行を可能にする、数値制御による工作機械の制御システムに適用することができる。
本発明の音声出力及び音声認識の可能な工作機械用制御システムのブロック図である。 本発明に係る工作機械用制御システムの音声出力方法の説明に提供される流れ図である。 本発明に係るPLCのためのラダープログラムの一例を示した図である。 本発明に係る工作機械用制御システムの音声認識方法の説明に提供される流れ図である。
符号の説明
101 NC装置部
103 共有メモリ
105 PLC
107 NC加工メモリ
109 音声メモリ
111 音声判読装置
113 音声出力処理装置
115 スピーカ
117 音声認識処理装置
119 マイクロホン
121 サーボインターフェース装置200 機械システム

Claims (10)

  1. NC装置部の制御によって動作し、前記制御によってユーザに表示される所定の制御結果を出力する工作機械用制御システムにおいて、
    共有メモリと、
    前記制御結果に対応する所定の音声データが貯蔵された音声メモリと、
    前記制御結果が伝達され前記制御結果に対応する音声コードを前記共有メモリに貯蔵するPLCと、
    前記共有メモリから読み取った前記音声コードに対応する前記音声出力データを前記音声メモリから読み出して出力する音声判読装置と、
    該音声判読装置からの音声出力データをアナログ音声信号に変換する音声出力処理装置と、
    該音声出力処理装置の出力をユーザが聞けるように変換するスピーカと、
    を含むことを特徴とする工作機械用制御システム。
  2. 前記PLCは、前記制御結果のうち前記NC装置部を通して処理され表示される制御結果に対応する前記音声コードを前記NC装置部に伝達し、
    前記NC装置部は、前記音声コードを前記共有メモリに貯蔵することを特徴とする請求項1に記載の工作機械用制御システム。
  3. 前記PLCは、前記制御結果に応じて、Mコード接点出力と同時に前記音声コードが出力される形態に具現された所定のラダープログラムによって動作することを特徴とする請求項1に記載の工作機械用制御システム。
  4. 前記共有メモリの所定領域は、前記音声コードにそれぞれ対応する所定のフラグを表示するために割り当てられ、
    前記PLCは、前記フラグを表示する方法で前記音声コードを前記共有メモリに貯蔵することを特徴とする請求項1ないし3のいずれかの項に記載の工作機械用制御システム。
  5. ユーザ音声命令を所定の電気的な音声信号に変換するマイクロホンと、
    受信した前記音声信号をデジタル形態の音声データに変換して前記音声判読装置に出力する音声認識処理装置をさらに含み、
    前記音声メモリには既に設定されたユーザ音声命令に対応する音声認識データが共に貯蔵され、
    前記音声判読装置は、前記音声データを前記音声認識データと比較することによって対応する音声命令コードを抽出して前記NC装置部に出力し、
    前記NC装置部は、前記音声命令コードに対応する制御命令を前記PLCに伝達し、
    前記PLCは、前記制御命令に従って工作機械を制御することを特徴とする請求項1に記載の工作機械用制御システム。
  6. 請求項1ないし5のいずれかの項に記載の工作機械用制御システムを備えて、所定の制御結果に対する情報を、ユーザが認識可能な音声で出力しつつ所定の対象物を加工する工作機械。
  7. NC装置部の制御命令に従って所定のPLCが工作機械を制御する工作機械用制御システムの音声処理方法において、
    前記PLCに制御結果が伝達され、前記PLCが前記制御結果に対応するフラグを表示する段階と、
    前記フラグに対応して既に貯蔵された所定の音声出力データを抽出して出力する段階と、
    前記音声出力データをユーザが認識可能な音声で出力する段階と、
    を含むことを特徴とする工作機械用制御システムの音声処理方法。
  8. 前記PLCは、前記制御結果に応じて、Mコード接点出力と同時に前記音声コードが出力される形態に具現された所定のラダープログラムにより動作することを特徴とする請求項7に記載の工作機械用制御システムの音声処理方法。
  9. 前記フラグの表示は、前記音声コードそれぞれに対応する所定の共有メモリ上の所定領域に既に設定された値を貯蔵する方法で表示されることを特徴とする請求項7に記載の工作機械用制御システムの音声処理方法。
  10. 受信したユーザ音声命令を所定の電気的な音声信号に変換する段階と、
    前記音声信号をデジタル形態の音声データに変換して前記ユーザ音声命令に対して既に設定された音声認識データのうち同一なものを判読する段階と、
    前記判読の結果、同一な前記音声認識データに対応する所定の音声命令コードを抽出して前記NC装置部に出力する段階と、
    前記NC装置部が前記音声命令コードに対応する制御命令を前記PLCに出力することによって前記工作機械を制御する段階と、
    をさらに含むことを特徴とする請求項7に記載の工作機械用制御システムの音声処理方法。
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