JP2007530301A - 工作機械または生産機械の少なくとも１つの機械軸線を移動させるための操作装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、工作機械または生産機械の少なくとも１つの機械軸線を移動させるための操作装置であって、操作装置が、静止位置から変位可能な操作要素（２）を有し、変位（１）の量および持続時間に依存して機械の制御部（９）または調節部用の目標値（Ｘsoll）が発生可能であり、操作要素（２）の変位過程の間、そして操作要素（２）の変位が定常状態のとき、少なくとも１つの発生された目標値変更のため操作要素（２）を介してパルス状の機械的逆通知が操作者に逆通知可能となった操作装置に関する。それとともに本発明は、移動経路に関する機械的逆通知を操作者に与える操作装置を提供する。
Description
本発明は、工作機械または生産機械の少なくとも１つの機械軸線を移動させるための操作装置に関する。
本発明の枠内で工作機械という概念には、例えば単軸または多軸旋盤、フライス盤、ボール盤または研削盤が含まれる。本発明の枠内で工作機械にはなお加工センタ、線形および回転式トランスファマシン、レーザ機械またはホブ歯切盤も含まれる。すべてに共通する点として材料が加工され、この加工は多軸で実施することができる。本発明の枠内で生産機械には例えば繊維‐、紙‐、プラスチック‐、木材‐、ガラス‐、セラミック‐および石材加工機械およびロボットが含まれる。塑性加工技術、包装技術、印刷技術、移送技術、昇降技術、輸送技術、巻上機、クレーン、生産ラインの機械類も本発明の枠内でやはり生産機械に含まれる。
旧来の機械、例えば手動式旋盤では、例えば刃物を固着して１つの軸線に沿って移動可能なサポートの態様で存在する１つの機械軸線がクランクハンドルを介して移動される。ハンドルに結合されたいわゆるローズは例えば百罫ピッチを介して機械軸線の移動経路を表示した。回転回数は操作者が一緒に計数しなければならなかった。
最近の工作機械ではクランクハンドルが位置制御式モータに取り替えられ、ローズが増分ハンドル車に取り替えられる。増分ハンドル車は、いわゆる手動移動動作時に機械軸線を手動で移動させるのに役立つ。その際一般に機械数値制御部内の補間器はオフにされ、目標値、特に制御部または調節部用の位置目標値はハンドル車から直接発生される。それとともにハンドル車は増分角度検出システムに相当する。３６０°の機械的回転ごとに、大抵は光学式または磁気式のセンサ装置を介して一般にそれぞれ１００の方形信号周期が電気角９０°移相した２つの軌跡信号の形で発生される。軌跡信号は機械の制御部において計数器を介して位置目標値に変換される。次に、選択された機械軸線はハンドル車の設定された位置目標値に従う。ハンドル車の目盛は一般に百罫ピッチを有する。すなわち、この場合機械的回転ごとに１００の異なる目標値が発生され、目標値は罫ピッチに従って各１増分だけ相違している。市販のハンドル車において付加的なのは機械式または磁気式割出しであり、これが罫ごとに、すなわち各位置目標値について、回転過程中に機械式逆通知を発生する。それとともに割出しは各部分罫において行われる。本来単に１つの目標値が生成されねばならないだけではあるが、軌跡信号発生、部分罫表示および割出しを厳密に一致させるには精確で費用を要する電気式および機械式システムが必要である。
手動式機械から出発して最近の機械に至るまで特定の操作体系が確立された。
操作者は手動移動のとき、すなわちハンドル車を回すとき、移動されるべき機械軸線を直接見つめ、その際ハンドル車の目盛ピッチを見ることがなく、または最近の機械ではしばしば画面に表示される移動経路を見る必要がない。ハンドル車の罫ピッチに相応したハンドル車の割出しによって、操作者は、画面またはハンドル車を直接見ることもなく、ハンドル車の割出しの形の機械式逆通知に基づいて、操作者が機械軸線をいかなる移動経路だけ移動させたのかを知る。
操作者は手動移動のとき、すなわちハンドル車を回すとき、移動されるべき機械軸線を直接見つめ、その際ハンドル車の目盛ピッチを見ることがなく、または最近の機械ではしばしば画面に表示される移動経路を見る必要がない。ハンドル車の罫ピッチに相応したハンドル車の割出しによって、操作者は、画面またはハンドル車を直接見ることもなく、ハンドル車の割出しの形の機械式逆通知に基づいて、操作者が機械軸線をいかなる移動経路だけ移動させたのかを知る。
最近、機械軸線を移動させるためにいわゆるジョイスティックまたはジョイホイールも利用され、これらは機械軸線を手動で移動させるために主に非接触式センサ装置を介して経路／角度変位に依存した信号を発生する。ハンドル車とは異なり、ジョイスティックまたはジョイホイールの変位では移動運動の速度は一般にジョイスティックまたはジョイホイールの変位に比例して実施される。ジョイスティックまたはジョイホイールの変位が行われれば行われるほど、機械軸線は一層迅速に移動される。操作者がジョイスティックまたはジョイホイールから手を離すと、例えばばねの態様で設けることのできる戻し要素によって操作要素はその静止位置、すなわちそのゼロ位置に戻り、移動過程は終了する。
市販のジョイスティックまたはジョイホイールは、例えばハンドル車における場合のような割出しを備えていない。ジョイスティックまたはジョイホイールの操作要素の変位に沿ったそのような割出しは意味もないであろう。というのもこれは機械軸線の通過した経路に比例しておらず、既に上で触れたように操作要素の定常変位のときにも、すなわち例えば操作者が特定変位量を長時間維持するような変位の場合、機械軸線も引き続き移動されるからである。
それとともに、工作機械または生産機械において機械軸線を移動させるのにジョイスティックまたはジョイホイールを利用することは、これまで、移動経路を操作者が数値表示に基づいて画面上で視覚的に常に点検しなければならず、これにより操作者が多くの場合、機械軸線の直接的視認によって移動経路を点検するのを妨げられているとの欠点と結び付いていた。というのも、操作者は表示された移動経路と機械軸線とを同時に目にすることがしばしばできないからである。そのことから実務においてしばしば、例えば工具と工作物との望ましくない衝突を生じることになる。というのも、操作者はなお画面上の移動経路の表示にのみ神経を集中しており、機械に現れる望ましくない衝突の危険に適時には気付かないからである。
非特許文献によりハンドル車または３軸ジョイスティックの態様の力帰還操作要素が公知であり、発生した加工力の表現は力帰還を介して操作要素によって操作者に逆通知される。発生する加工力を操作者に模擬するこのような逆通知は、言葉の厳密な意味で逆通知信号の触接が行われるのではないが、特殊専門的にいわゆる触覚的逆通知とも称される。加工過程時に現れる諸力は触覚的逆通知では、低減され適合された形で操作要素に転送され、加工過程時に現れた諸力の機械的知覚が操作者に可能とされる。
学術論文、Rainer Daude著"Mobiles Maschinen- und Prozessinter- aktionssystem"、９〜１１頁（Berichte aus der Produktionstechnik、Shaker Verlag、第４巻／２００１）
学術論文、Rainer Daude著"Mobiles Maschinen- und Prozessinter- aktionssystem"、９〜１１頁（Berichte aus der Produktionstechnik、Shaker Verlag、第４巻／２００１）
本発明の課題は、移動経路について機械的逆通知を操作者に与える操作装置を提供することである。
この課題は、工作機械または生産機械の少なくとも１つの機械軸線を移動させるための操作装置であって、操作装置が、静止位置から変位可能な操作要素を有し、変位の量および持続時間に依存して機械の制御部または調節部用の目標値が発生可能であり、操作要素の変位過程の間、そして操作要素の変位が定常状態のとき、少なくとも１つの発生された目標値変更のため操作要素を介してパルス状の機械的逆通知が操作者に逆通知可能となった操作装置によって解決される。
本発明の有利な第１構成は、目標値が位置目標値または速度目標値の形で存在することを特徴としている。位置目標値または速度目標値は、制御部または調節部の内部で通常使用される機械軸線移動目標値である。
さらに、操作装置がジョイスティック、ジョイホイールまたはコンピュータマウスの態様に構成されていると有利であると実証される。ジョイスティック、ジョイホイールおよびコンピュータマウスは科学技術において通常使用される操作装置である。
さらに、特定変位を上まわると目標値の変更速度が変位量に伴って過比例的に増加すると有利であると実証される。これにより機械軸線の急速移動が可能となる。
さらに、パルス状の機械的逆通知が電磁式に発生可能であると有利であると実証される。パルス状の機械的逆通知は電磁手段によって特別容易に発生することができる。
本発明の他の有利な構成は、操作装置が、対応する仮想ハンドル車の態様で画面に表示可能であることを特徴としている。これにより操作者に付加的視覚表示が提供され、操作者は一般に長年の実務からハンドル車の形状を承知しているので、この視覚表示は特別容易に解釈することができる。
本発明の他の有利な構成は、操作要素の変位が定常状態のとき、発生される各目標値変更のため操作要素を介してパルス状の機械的逆通知が操作者に逆通知可能であることを特徴としている。これにより、操作者にとって機械軸線の移動過程の特別高い解像度が可能となる。
本発明の３つの実施例が図面に示してあり、以下で詳しく説明される。
図１には１実施例の態様で本発明に係る操作装置が示してあり、図１では操作装置が一次元ジョイスティックとして構成されている。本発明に係る操作装置を多次元ジョイスティックの態様に構成することも当然考えられる。本実施例においてレバーの態様に構成された操作要素２の変位１はセンサ装置６によって測定される。本実施例においてセンサ装置６は略示されただけのポテンショメータの態様に構成されている。ここでも当然にセンサ装置６の別の実施形態が考えられる。操作要素２は支承部５を介して上下に揺動可能に支承されている。本実施例において２つのばね要素１１ａ、１１ｂの態様で与えられた２つの戻し要素は、手動変位１後に操作要素２が再び静止位置に、すなわちそのゼロ位置に自動的に戻るようにする。
センサ装置６によって検出された、変位１の量に比例した電圧信号ｕは、入力量として電圧周波数変換器７に供給される。電圧周波数変換器は電圧信号ｕの電圧値に依存してクロック信号Ｓ１を発生する。信号Ｓ１の周波数は変位１が大きくなるのに伴って増加する。信号Ｓ１は電圧信号ｕと一緒に入力量として計数器８に供給される。信号Ｓ１の各前縁で電圧信号ｕの値に依存して計数器８のカウントは増分または減分される。本実施例において下向きに変位する場合カウントは増分され、上向きに変位するとカウントは減分される。瞬時カウントに依存して計数器８によって目標値Ｘsollが発生され、制御部９に転送される。制御部９は調節部として構成しておくこともできる。制御部９はいまや機械軸線を移動させ、例えば機械の１軸線に沿って主軸頭を移動させる。本実施例において目標値は位置目標値の形で与えられている。選択的に、目標値を制御部９の速度目標値の形で設定することも当然可能である。
方形信号Ｓ１の各前縁は１つの罫に一致し、すなわち、例えば明細書導入部で述べた従来のハンドル車の１増分に一致している。
ところで操作者のために従来のハンドル車における割出しと同様に機械的逆通知を発生するために、信号Ｓ１がモノフロップ２７に供給される。このモノフロップは信号Ｓ１の各前縁で、一定した持続時間Ｔの方形パルスを発生する。パルス幅Ｔは、操作要素２の最大可能な変位１における信号Ｓ１の方形振幅の持続時間Ｄと最大で同じ大きさに選択することができる。それとともにモノフロップ９はパルス短縮器として働く。モノフロップ２７の出力信号が増幅器１０に供給され、この増幅器は信号を増幅し、こうしてその出力端で信号Ｓ２を発生する。この信号Ｓ２が供給される電磁作動式装置は２つのコイル４ａ、４ｂとコイル内にある２つの始動磁石３ａ、３ｂとからなり、始動磁石が操作要素２と接続されている。両方のコイルは電気結線２５によって互いに接続されており、逆の巻方向を有する。信号Ｓ２によってコイル中に磁場が発生され、これにより棒磁石３ａと棒磁石３ｂはそれぞれ逆方向に動かされ、こうして操作要素２に作用する。信号Ｓ２のパルス状形状によって操作者にとって目標値Ｘsollの変更が発生されるたびに操作要素２を介してパルス状の機械的逆通知が発生される。
しかし目標値変更のたびに操作要素２を介してパルス状の機械的逆通知を発生するのでなく、例えば希望する解像度に応じて目標値変更の第２、第３または任意の量ごとにのみパルス状の機械的逆通知を発生することも当然に可能であり、こうして少なくとも１つの発生された目標値変更についてパルス状の機械的逆通知が操作者に逆通知可能である。
図２には本発明に係る操作装置の他の実施例が示してある。図２による操作装置はジョイホイールの態様に構成されている。操作要素は図２による実施例ではホイール２の態様に構成されている。ホイール２はその中心で軸２６を介して電気モータ１４、回転検出器１３および戻し要素１５と接続されており、この戻し要素は本実施例において渦巻ばねとして構成されている。ホイール２の回転運動は回転検出器１３によって検出され、この回転検出器は図１に相応して変位に比例した電圧信号ｕを発生する。その他の点で、図２に示した実施形態は先に図１で述べた実施形態に一致している。それゆえに図２で同じ要素には図１と同じ符号が付けてある。増幅器１０によって発生された信号Ｓ２は、図１による実施例とは異なり電気モータ１４に供給され、こうして操作者用にパルス状の機械的逆通知を発生する。図２に示した実施形態の残りの要素の機能様式は図１に示した実施形態に一致している。
本発明に係る操作装置は図３が示すようにコンピュータマウス２４の態様で設けることも当然可能である。変位可能な操作要素はその場合例えば回転可能なボールの態様で設けておくことができる。勿論、本発明に係る操作装置は空間内での揺動および傾動によって変位に比例した電圧依存信号ｕを発生することのできるいわゆる３Ｄコンピュータマウスの態様で設けることも当然考えられる。変位可能な操作要素はその場合３Ｄコンピュータマウスのハウジング自体によって与えられている。
さらに、本発明に係る操作装置は特定変位を上まわると目標値の変更速度がもはや変位に比例するのでなく変位量に伴って過比例的に増加するように構成することも当然に考えられる。こうして単一の操作装置の内部で、機械軸線のいわゆる急速移動を可能とする可能性も与えられている。
さらに、図４に示すように、工作機械または生産機械を操作するための操作盤１９の画面１８に対応する仮想ハンドル車１７の態様で操作装置を表示可能とすることも可能である。目標値は、目標値の数値表示１６の他に、画面１８上で回転する仮想ハンドル車１７によっても表示される。ジョイスティック２０またはジョイホイール２１または見易くする理由から図示しないコンピュータマウスを介して、それぞれ付属する操作要素２の変位によって機械軸線が移動されるだけでなく、移動経路に相応してハンドル車１７も仮想的に回される。操作盤１９とジョイスティック２０またはジョイホイール２１との連結は矢印２３で示唆されている。これにより、機械が物理的にはジョイスティックおよび／またはジョイホイール２１および／またはコンピュータマウスをなお備えているだけではあるが、ハンドル車１７に対する伝統的視認が操作者に可能となる。
例えば操作要素の単軸変位に伴って複数の軸線の目標値を同時に発生し、こうして複数の機械軸線が本発明に係る操作装置の変位運動に伴って同時に移動できることも当然考えられる。
付加的変位表示２２によって操作者には操作要素２の変位方向が表示される。
１ 変位
２ 操作要素
９ 制御部
Ｘsoll 目標値
２ 操作要素
９ 制御部
Ｘsoll 目標値
Claims (7)
- 工作機械または生産機械の少なくとも１つの機械軸線を移動させるための操作装置であって、操作装置が、静止位置から変位可能な操作要素（２）を有し、変位（１）の量および持続時間に依存して機械の制御部（９）または調節部用の目標値（Ｘsoll）が発生可能であり、操作要素（２）の変位過程の間、そして操作要素（２）の変位が定常状態のとき、少なくとも１つの発生された目標値変更のため操作要素（２）を介してパルス状の機械的逆通知が操作者に逆通知可能である操作装置。
- 目標値が位置目標値（Ｘsoll）または速度目標値の形で存在することを特徴とする、請求項１記載の操作装置。
- 操作装置がジョイスティック（２０）、ジョイホイール（２１）またはコンピュータマウス（２４）の態様に構成されていることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の操作装置。
- 特定変位（１）を上まわると目標値（Ｘsoll）の変更速度が変位（１）の量に伴って過比例的に増加することを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の操作装置。
- パルス状の機械的逆通知が電磁式に発生可能であることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の操作装置。
- 操作装置が、対応する仮想ハンドル車（１７）の態様で画面（１８）に表示可能であることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の操作装置。
- 操作要素（２）の変位が定常状態のとき、発生される各目標値変更のため操作要素（２）を介してパルス状の機械的逆通知が操作者に逆通知可能であることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項記載の操作装置。
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