JP2011022688A - 工作機械の工具軌跡表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転軸を含む複数の駆動軸によって位置と姿勢が制御される工具先端部の３次元軌跡上の位置と各軸毎の波形データにおける時間軸上の位置との対応を視覚的に捉えることが可能な工作機械の制御装置および工具軌跡表示装置を提供する。
【解決手段】工作機械の各駆動軸２１ｘ〜２１Ｂの各時刻における位置情報Ｓａ、速度情報Ｓｂ、加速度情報Ｓｃ、位置偏差情報Ｓｄ、およびトルク指令Ｓｅを同時に時系列データとして取得し、加工物に固定された座標系からみた、工具の先端部の３次元の軌跡を求め、表示部１３に表示されている工具の先端部の３次元の軌跡の任意の一部を選択することができ、選択された部分の工具の先端部の３次元の軌跡、および該選択された部分の工具の先端部の３次元の軌跡に対応する３次元座標値が取得された時間領域の前記時系列波形の表示属性を変えることを特徴とする工作機械の工具軌跡表示装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、工作機械の工具軌跡表示装置に関し、特に、工具先端部の３次元軌跡上の位置と各軸毎の時系列波形データにおける時間軸上の位置との対応を視覚的に捉えることが可能な工具軌跡表示装置に関する。

現在使用されている工作機械を制御する数値制御装置では、指令軌跡を表示する機能、工具が実際に移動した経路を表示する表示機能を有するものがある。

工具が実際に移動した経路を表示するために、特許文献１には、機械動作のための位置や速度の制御を行う装置に対して、その制御装置内の適当な箇所から、位置信号などを計測し、一定時間間隔でサンプリングして、時系列データを作成し、その時系列データを演算処理することによって、対象装置の動作監視、動作軌跡の精度の測定を行う技術が開示されている。

また、特許文献２には、数値制御装置により各駆動軸の移動を制御する機械において、使用する加工プログラム内に含まれている移動指令データなどの状態が、その稼働時間や作成した形状の精度や面品位などに大きな影響を及ぼすため、機械の各駆動軸が移動する際の速度である送り速度を表示する技術が開示されている。

特開平７−５９０８号公報 特開２００８−９６３７号公報

５軸加工機の場合、駆動軸に回転軸が含まれるため、各駆動軸の動きと工具先端部の動きとの対応を直感的に把握することは困難である。このため、加工面上の特定箇所に問題があった場合に、加工中の各駆動軸の波形を測定しても、問題のある箇所に対応する部分を特定することが難しいという問題があった。
背景技術で説明した特許文献１は、時系列の測定データを演算処理し、工具の軌跡を表示する技術であって、特徴的な点を判断するための方法について開示されていない。また、特許文献２は、ＮＣ指令の妥当性を評価するための技術であって、それぞれの駆動軸の実位置データを用いた具体的な評価方法や、工具軌跡と各軸の波形との関連について開示されていない。
そこで本発明の目的は、回転軸を含む駆動軸によって位置と姿勢が制御される工具先端部の３次元軌跡上の位置と各軸毎の波形データにおける時間軸上の位置との対応を視覚的に捉えることが可能な工作機械の制御装置および工具軌跡表示装置を提供することである。

本願の請求項１に係る発明は、数値制御装置を用いて回転軸を含む複数の駆動軸によって工具および加工物の位置や姿勢を制御する工作機械の該工具の先端部の軌跡を表示する工作機械の工具軌跡表示装置において、前記各駆動軸の各時刻における位置情報、速度情報、加速度情報、位置偏差情報、およびトルク指令を同時に時系列データとして取得し記憶するデータ取得手段と、前記各駆動軸の各時刻における位置情報と前記工作機械の機械構成の情報とを用いて、前記加工物に固定された座標系からみた、前記工具の先端部の３次元座標値を計算し、前記工具の先端部の３次元の軌跡を求める工具軌跡演算手段と、該工具軌跡演算手段で求めた工具の先端部の３次元の軌跡、および、前記データ取得部により取得した時系列データのうち少なくとも一つを時系列波形として表示する表示手段と、前記表示手段に表示されている工具の先端部の３次元の軌跡の任意の一部を選択する工具軌跡選択手段と、前記工具軌跡選択手段によって選択された部分の工具の先端部の３次元の軌跡、および該選択された部分の工具の先端部の３次元の軌跡に対応する３次元座標値の基となる位置情報が取得された時間領域の前記時系列波形の表示属性を変える表示属性変更手段と、を備えたことを特徴とする工作機械の工具軌跡表示装置である。

請求項２に係る発明は、数値制御装置を用いて回転軸を含む複数の駆動軸によって工具および加工物の位置や姿勢を制御する工作機械の該工具の先端部の軌跡を表示する工作機械の工具軌跡表示装置において、前記各駆動軸の各時刻における位置情報、速度情報、加速度情報、位置偏差情報、およびトルク指令を同時に時系列データとして取得し記憶するデータ取得手段と、前記各駆動軸の各時刻における位置情報と前記工作機械の機械構成の情報とを用いて、前記加工物に固定された座標系からみた、前記工具の先端部の３次元座標値を計算し、前記工具の先端部の３次元の軌跡を求める工具軌跡演算手段と、該工具軌跡演算手段で求めた工具の先端部の３次元の軌跡、および、前記データ取得部により取得した時系列データのうち少なくとも一つを時系列波形として表示する表示手段と、前記表示手段に表示されている時系列波形の時間軸の任意の一部を選択する時間軸選択手段と、前記時間軸選択手段によって選択された時間軸の任意の一部に対応する前記時系列波形、および、前記時間軸選択部によって選択された時間軸の任意の一部に対応する前記工具の先端部の３次元の軌跡の表示属性を変える表示属性変更手段と、を備えたことを特徴とする工作機械の工具軌跡表示装置である。

請求項３に係る発明は、前記各駆動軸の前記位置偏差と前記トルク指令の少なくとも一方に対する閾値を設定する第１閾値設定手段と、前記時間軸選択手段は、前記位置偏差または前記トルク指令の少なくとも一方が前記閾値を超えた時刻に対して該時刻を含む予め設定された時間範囲を選択する手段であることを特徴とする請求項２に記載の工作機械の工具軌跡表示装置である。

請求項４に係る発明は、前記回転軸の位置偏差に前記回転軸の回転中心軸と前記工具先端部との距離（回転半径）を乗じ第２の位置偏差を算出する位置偏差算出手段と、前記位置偏差算出手段により算出した第２の位置偏差に対する第２閾値を設定する第２閾値設定手段と、前記時間軸選択手段は、第２の位置偏差が前記第２閾値を超えた時刻に対して該時刻を含む予め設定された時間範囲を選択する手段であることを特徴とする請求項２に記載の工作機械の工具軌跡表示装置である。

請求項５に係る発明は、前記各駆動軸の各時刻における位置情報、位置偏差、および機械構成の情報を用いて、工具先端部における３次元の位置偏差ベクトルを算出し、該３次元の位置偏差ベクトルの長さを位置偏差合成値として算出する位置偏差合成値算出手段と、前記位置偏差合成値算出手段により算出した位置偏差合成値に対する第３閾値を設定する第３閾値設定手段と、前記時間軸選択手段は、前記位置偏差合成値が第３閾値を超えた時刻に対して該時刻を含む予め設定された時間範囲を選択する手段であることを特徴とする請求項２に記載の工作機械の工具軌跡表示装置である。

請求項６に係る発明は、前記駆動軸が重力の影響を受ける軸である場合、あらかじめ設定した重力の情報と前記機械構成の情報と前記駆動軸の各時刻における位置情報とを用いて、前記駆動軸が受ける重力による負荷のトルクを算出する重力負荷算出手段と、トルク指令から該重力負荷トルクを減じた値を第２のトルク指令とする第２トルク指令算出手段と、前記第２トルク指令算出手段により算出した第２のトルク指令に対する第４閾値を設定する第４閾値設定手段と、前記時間軸選択手段は、前記第２のトルク指令が第４閾値を超えた時刻に対して該時刻を含む予め設定された時間範囲を選択する手段であることを特徴とする請求項２に記載の工作機械の工具軌跡表示装置である。

請求項７に係る発明は、前記各駆動軸の各時刻における位置情報と機械構成の情報とを用いて、工具先端の合成速度ベクトルあるいは合成加速度ベクトルを算出し、前記各ベクトルの長さを合成速度あるいは合成加速度として算出する合成値算出手段と、前記合成値算出手段により算出した前記合成速度あるいは前記合成加速度に対する第５閾値を設定する第５閾値設定手段と、前記時間軸選択手段は、前記合成速度あるいは前記合成加速度が第５閾値を超えた時刻に対して該時刻を含む予め設定された時間範囲を選択する手段であることを特徴とする請求項２に記載の工作機械の工具軌跡表示装置である。

本発明により、工具軌跡上の点に対応する各軸の動きを直感的に把握することができ、軸の動きの調整を効率的に行うことが可能となる。また、各閾値との比較により、閾値範囲を満たさない工具経路と各時系列情報との対応を明瞭に関連づけることができ、特徴的な動作を行っている軸や工具経路上の点を特定することが容易となる。

本発明を適用した工作機械を制御する数値制御装置の構成を概略で示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態の要部ブロック図である。 本発明の第２の実施形態の要部ブロック図である。 本発明に係る工具軌跡と各駆動軸の位置情報の表示例である。 図４に示される工具軌跡、各軸の位置情報の時系列波形を模式的に説明する図である。 工具の先端部の座標計算を説明する図である。 本発明に係る表示処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。 第二の位置偏差の計算を説明する図である。 テーブル回転型の機械の外観斜視図である。 第二の位置偏差に基づいて表示属性を選択する処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。 位置偏差合成値の計算を説明する図である。 第二のトルク指令の計算を説明する図である。

図１は、本発明を適用した工作機械を制御する数値制御装置１０の構成を概略で示すブロック図である。プロセッサであるＣＰＵ１１１は、ＲＯＭ１１２に格納されたシステムプログラムに従って数値制御装置１０全体を制御する。ＲＡＭ１１３は、各種のデータあるいは入出力信号が格納される。不揮発性メモリ１１４には格納された各種のデータは電源切断後もそのまま保存される。不揮発性メモリ１１４には、後述する位置情報、速度情報、加速度情報、位置偏差、およびトルク指令の各情報が、それらが取得された時刻情報に従って、時系列的に格納される。

グラフィック制御回路１１５は、デジタル信号を表示用の信号に変換し、表示装置１１６に与える。キーボード１１７は、数値キー、文字キーなどを有する各種設定データを入力する手段である。ＣＰＵ１１１により、前記各情報を処理することによって、工作機械２０に取り付けられている工具の工具軌跡、その軌跡に対応した前記各情報を表示装置１１６に表示する。

軸制御回路１１８は、ＣＰＵ１１１から、各軸の移動指令を受けて、軸の指令をサーボアンプ１１９に出力する。このサーボアンプ１１９は、この移動指令を受けて、工作機械２０に設置されているサーボモータ２１を駆動する。これらの構成要素はバス１２１で互いに結合されている。工作機械２０に設置されている各送り軸を駆動するサーボモータ２１には、位置検出装置２２が内蔵されており、検出した位置検出信号を位置フィードバック信号として図示省略した信号経路を介して軸制御回路１１８に出力する。

ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）１２２は、加工プログラムの実行時に、バス１２１経由でＴ機能信号（工具選択指令）などを受け取る。そして、この信号を、シーケンス・プログラムで処理して、動作指令として信号を出力し、工作機械２０を制御する。また、工作機械２０から状態信号を受けて、ＣＰＵ１１１に必要な入力信号を転送する。

更に、バス１２１には、システムプログラム等によって機能が変化するソフトウェアキー１２３、ＮＣデータを記憶装置などの外部機器に送るインタフェース１２４が接続されている。このソフトウェアキー１２３は、表示装置１１６、キーボード１１７と共に、表示装置／ＭＤＩパネル１２５に設けられている。

図２は、本発明の第１の実施形態の要部ブロック図である。第１の実施形態は、工作機械の工具軌跡表示装置が工作機械の数値制御装置１０に備えられている形態である。数値制御装置１０には、駆動軸制御部１１、データ取得部１２、および、表示部１３を備えている。
工作機械２０は、送り軸を駆動するサーボモータ２１ｘ，２１ｙ，２１ｚ，２１Ａ，２１Ｂを備えている。数値制御装置１０の駆動軸制御部１１からのトルク指令によりサーボアンプ（図示せず）が制御され、サーボモータ２１ｘ，２１ｙ，２１ｚ，２１Ａ，２１Ｂは、サーボアンプ（図示せず）により駆動される。
また、各サーボモータ２１ｘ，２１ｙ，２１ｚ，２１Ａ，２０Ｂにはそれぞれ位置検出装置２２ｘ，２２ｙ，２２ｚ，２２Ａ，２２Ｂが備えられており、位置検出装置２２ｘ，２２ｙ，２２ｚ，２２Ａ，２２Ｂから各サーボモータ２１ｘ，２１ｙ，２１ｚ，２１Ａ，２１Ｂの位置情報が駆動軸制御部１１にフィードバックされる。

駆動軸制御部１１は、数値制御装置１０の加工プログラムを解析し処理する数値制御部から指令される移動指令とサーボモータ２１からフィードバックされる位置情報により、各駆動軸の速度情報Ｓｂ、加速度情報Ｓｃ、位置偏差Ｓｄ、トルク指令Ｓｅを計算し、前記フィードバックされた位置情報Ｓａとともに、データ取得部１２に出力する。なお、これらの、位置情報Ｓａ、速度情報Ｓｂ、加速度情報Ｓｃ、位置偏差Ｓｄ、トルク指令Ｓｅは、工作機械を制御する数値制御装置において従来から取得されている情報であるので、計算方法など詳細な記載は省略する。

データ取得部１２は、駆動軸制御部１１からの各情報を各時刻毎同時に取得する。取得した情報は、メモリ（図示せず）に記憶する。表示部１３は、データ取得部１２で取得した情報に基づき、工具の先端部の３次元の移動軌跡を表示し、各情報のうち少なくとも１つを時系列データとして表示する。

図３は、本発明の第２の実施形態の要部ブロック図である。第２の実施形態は、工作機械の数値制御装置１０に含まれない工作機械の工具軌跡表示装置が、外部機器３０に備えられている形態である。数値制御装置１０は、駆動軸制御部１１、データ通信部１４、および、表示部１３を備えている。外部機器３０は、データ通信部３１、データ取得部３２、および、表示部３３を備えている。

図４は、本発明に係る工具軌跡と各駆動軸の位置情報の表示例である。図５は図４に示される工具軌跡および時系列情報の波形の１つである位置情報の波形を模式的に示した図である。この表示例は、例えば、図１の表示装置１１６に表示される。表示装置１１６では、工具軌跡を表示する領域、各駆動軸の時系列情報を表示する領域を配置するように、表示画面が分割される。この表示例では、時系列情報の位置情報が表示されている。工具軌跡表示領域には、工具軌跡をＸＹＺ軸の３次元表示、および、ＸＹ軸、ＺＸ軸、ＹＺ軸の２次元表示がなされている。また、位置情報の時系列波形として、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｃ軸、Ａ軸、および、Ｂ軸が、横軸を時間、縦軸を位置情報として表示されている。

本発明の実施形態は、工具軌跡上で選択された線分に対応する時間領域の表示属性（別の色、太くする、背景色を変える）を変える機能を有する。表示領域に表示された工具軌跡の少なくとも一部分をカーソルなどの手段を用いて選択する。選択された工具軌跡に対応する位置情報の時間軸の領域の背景色を変えて表示されている。このような表示形式とすることによって、工具軌跡の選択された一部分と、その一部分の３次元座標値が取得された時間領域に対応する時系列情報の波形の一部分との対応関係が容易に視認できる。

次に、工具軌跡を表示装置に表示する際の表示属性を決定するために、位置偏差を閾値とする場合について説明する。
＜位置偏差＞
図６は、工具の先端部の座標計算を説明する図である。５軸加工機には、テーブルを２つの回転軸で回転させる構成や、テーブル部と工具ヘッド部の両方を回転させる構成の機械もあるが、例として、図６に示すような工具ヘッド回転型の５軸加工機について考える。なお、図６の構成では２つの回転中心軸が一点で直交する構成としている。より一般的には、２つの回転中心軸の交点が存在せず、ねじれの位置に配置される構成も考えられる。この場合にも２つの回転中心軸の空間的な関係が規定されれば、工具先端部の座標計算は可能である。これ以降の説明においても同じ機械構成の５軸加工機を基にして説明する。なお、５軸加工機はこの形態に限定されない。

Ｘ，Ｙ，Ｚ軸が直線軸、Ａ，Ｂ軸が回転軸である。時刻ｔにおける、これら５軸の座標をそれぞれｘ（ｔ），ｙ（ｔ），ｚ（ｔ），ａ（ｔ），ｂ（ｔ）とする。２つの回転軸の回転中心となる軸の交点をＰとすると、加工物に固定された座標系を考えて、原点を適当にとれば、点Ｐの座標は（ｘ（ｔ），ｙ（ｔ），ｚ（ｔ））となる。

点Ｐから工具先端までの長さをＬとし、工具が真下を向いた位置をＡ軸，Ｂ軸の基準位置（原点）とすると、工具の先端部の座標は、
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))
となる。

なお、点Ｐの座標（ｘ（ｔ），ｙ（ｔ），ｚ（ｔ））、点Ｐから工具先端までの長さＬＬは、数式では半角で表示される。点Ｐから工具先端までの長さＬは、工具長として工作機械の数値制御装置に格納されている。このように、５軸分の位置情報と工作機械の機械構成の条件により、工具先端部の座標を計算することができる。

図７は、本発明に係る表示処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。この処理のアルゴリズムは、位置偏差が設定された閾値以上の場合に、工具軌跡の表示属性を変更する場合の例である。この処理は、例えば、オペレータの指令によって開始、数値制御装置１０によって制御される工作機械２０によってワークの加工が開始し、各時系列データが取得可能となるとともに実行開始する。以下、各ステップに従って説明する。

●［ステップＳＳ１００］時刻情報ｔ、この時刻情報ｔに対応する各軸の位置情報Ｓａ、および、位置偏差Ｓｄを取得する。
●［ステップＳＳ１０１］時刻情報ｔにおける工具の先端部の３次元座標を計算する。
●［ステップＳＳ１０２］時刻情報ｔにおける位置偏差を時系列データの波形として表示する。
●［ステップＳＳ１０３］位置偏差は第一閾値より小さいか否か判断し、小さい場合にはステップＳＳ１０４、小さくない場合にはステップＳＳ１０５へ移行する。第一閾値は予め設定した値である。
●［ステップＳＳ１０４］通常の表示属性で工具軌跡を３次元の軌跡として表示する。
●［ステップＳＳ１０５］通常と異なる表示属性で工具軌跡を３次元の軌跡として表示する。
●［ステップＳＳ１０６］工作機械によるワークの加工終了か、または、表示終了の信号があるか否か判断し、ＹＥＳの場合には、処理を終了し、ＮＯの場合には、ステップＳＳ１０７へ移行する。
●［ステップＳＳ１０７］表示装置に表示するためのサンプリング時間が経過するまで待ち、ステップＳＳ１００へ戻り、処理を継続する。

なお、取得されるトルク指令Ｓｅを用いる場合は、ステップＳＳ１００で位置偏差Ｓｄに替えてトルク指令Ｓｅを取得し、ステップＳＳ１０２でトルク指令を時系列データの波形として表示し、ステップＳＳ１０３で所定のトルク値を第一閾値とした値と比較するように変更する。

次に、工具軌跡を表示装置に表示する際の表示属性を決定するために用いられる位置偏差以外を閾値とする実施形態を説明する。
＜第二の位置偏差＞
図８は、第二の位置偏差の計算を説明する図である。Ａ軸の位置偏差をΔaとすると、Ａ軸の回転軸から工具先端までの距離は工具長であるＬ（一定）であるので、Ａ軸の第二の位置偏差は、
（Ａ軸の第二の位置偏差）＝L×Δa
となる。

Ｂ軸の位置偏差をΔｂとすると、Ｂ軸の回転軸から工具先端までの距離はＡ軸の位置によって変化し、
L×cos(a(t))
となる。
したがって、Ｂ軸の第二の位置偏差は、
（Ｂ軸の第二の位置偏差）＝L×cos(a(t))×Δb
となる。

図９に示すテーブル回転型の機械構成においても同様に第二の位置偏差を計算することができる。テーブルの傾きを変化させる回転軸を第一の回転軸、もう一方の回転軸を第二の回転軸とし、２つの回転軸の回転中心軸は１点で直交するものとする。交点を原点とし、工具先端部の座標を（ｘ（ｔ）、ｙ（ｔ）、ｚ（ｔ））とする。また、第一の回転軸の角度をａ（ｔ）、第二の回転軸の角度をｃ（ｔ）とし、テーブル位置が水平となったとき、ａ（ｔ）＝０とする。第一回転軸の回転中心軸は常にＸ軸に一致する。第二回転軸の回転中心軸はテーブルが水平となったときにＺ軸に一致する。

第一の回転軸の回転中心軸から工具先端部までの距離は、
（第一回転中心軸からの距離）＝√（y(t)²＋z(t)²）
となる。
したがって、第一の回転軸の第二の位置偏差は、
（第一回転軸の第二の位置偏差）＝√（y(t)²＋z(t)²）×Δａ
となる。

第二の回転軸の回転中心軸から工具先端部までの距離は、
（第二回転中心軸からの距離）＝√（(y(t)cos(a(t))−z(t)sin(a(t)))²＋x(t)²）
となる。
したがって、第二の回転軸の第二の位置偏差は、
（第二回転軸の第二の位置偏差）＝√（(y(t)cos(a(t))−z(t)sin(a(t)))²＋x(t)²）×Δc
となる。

このように機械構成が異なる場合であっても、回転軸の回転中心軸から工具先端までの距離を、各回転軸の位置偏差に乗じることにより、第二の位置偏差を算出することができる。

図１０は、第二の位置偏差に基づいて表示属性を選択する処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。図７に示すフローチャートの対応する部分の説明と相違する点のみを説明する。ステップＳＴ１０１は、時刻情報ｔにおける工具の先端部の３次元座標値を計算するとともに、第二の位置偏差を計算する。そして、ステップＳＴ１０３では、ステップＳＴ１０１で計算して求めた第二の位置偏差と予め設定された第二の位置偏差に関する第二閾値との比較がなされる。
＜位置偏差合成値＞
図１１は、位置偏差合成値の計算を説明する図である。工具先端部の座標は、前述したように、
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))
となる。

それぞれの軸の位置偏差をそれぞれ、ｄｘ，ｄｙ，ｄｚ，ｄａ，ｄｂとすると、
工具先端部の位置偏差は、
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(a(t))×cos(b(t))×da＋L×cos(a(t))×sin(b(t))×db
となる。
この位置偏差ベクトルの長さを位置偏差合成値とすると、
（位置偏差合成値）＝sqrt（ΔPosX²+ΔPosY²+ΔPosZ²）
となる。

この場合のフローチャートの記載は省略する。図１０に記載されるフローチャートを用いて説明すると、ステップＳＴ１０１は、時刻情報ｔにおける工具の先端部の３次元座標値を計算するとともに、位置偏差合成値を計算する。そして、ステップＳＴ１０３では、ステップＳＴ１０１で計算して求めた位置偏差合成値と予め設定された位置偏差合成値に関する第三閾値との比較がなされる。
＜第二のトルク指令＞
図１２は、第二のトルク指令の計算を説明する図である。Ｚ軸は主軸部分を支えているため、重力の影響を受ける。Ｚ軸が受ける重力は機械の姿勢によって変化しないため、この重力に相当するトルクをＴｍとすると、第二のトルク指令は、
（Ｚ軸の第二のトルク指令）＝ Tz − Tm
となる。

Ａ軸により回転する主軸部分の重心が回転軸上にないとき、Ａ軸およびＢ軸は機械の姿勢に応じて重力の影響を受ける。工具が真下を向いているときに重心の位置も真下にあるとし、Ａ軸およびＢ軸にかかる質量をそれぞれMa,Mbとすると、回転軸から重心までの距離をＲとすると、Ａ軸およびＢ軸の第二のトルク指令は、
（Ａ軸の第二のトルク指令）＝Ta−Ma×g×R×sin(a(t))×cos(b(t))
（Ｂ軸の第二のトルク指令）＝Tb−Mb×g×R×cos(a(t))×sin(b(t))
となる。
なお、Ｚ軸、Ａ軸、Ｂ軸の第一のトルク指令は、それぞれ、重力の影響を考慮しないＴｚ，Ｔａ，Ｔｂである。

この場合のフローチャートの記載は省略する。図１０に記載されるフローチャートを用いて説明すると、ステップＳＴ１０１は、時刻情報ｔにおける工具の先端部の３次元座標値を計算するとともに、第二のトルク指令を計算する。そして、ステップＳＴ１０３では、ステップＳＴ１０１で計算して求めた第二のトルク指令と予め設定された第二のトルク指令に関する第四閾値との比較がなされる。

＜工具の先端部の合成速度、あるいは、合成加速度＞
次に、工具の先端部の合成速度、合成加速度の計算を説明する。
工具先端の座標は、
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))
となる。

上記各座標値を一階微分、二階微分して合成すると、工具先端の合成速度あるいは合成加速度が、
（合成速度 ）＝sqrt（(dPosX/dt)² + (dPosY/dt)² + (dPosZ/dt)²）
（合成加速度）＝sqrt（(d²PosX/dt)² + (d²PosY/dt²)² + (d²PosZ/dt²)²）
得られる。

この場合のフローチャートの記載は省略する。図１０に記載されるフローチャートを用いて説明すると、ステップＳＴ１０１は、時刻情報ｔにおける工具の先端部の３次元座標値を計算するとともに、工具の先端部の合成速度、あるいは、合成加速度を計算する。そして、ステップＳＴ１０３では、ステップＳＴ１０１で計算して求めた、合成速度、あるいは、合成加速度に関する第五閾値との比較がなされる。

なお、本発明の実施形態として、数値制御装置を用いて回転軸を含む複数の駆動軸によって工具および加工物の位置や姿勢を制御する工作機械の該工具の先端部の軌跡を表示する工作機械の工具軌跡表示装置において、前記各駆動軸の各時刻における位置情報、速度情報、加速度情報、位置偏差情報、およびトルク指令を同時に時系列データとして取得し記憶するデータ取得手段と、前記各駆動軸の各時刻における位置情報と前記工作機械の機械構成の情報とを用いて、前記加工物に固定された座標系からみた、前記工具の先端部の３次元座標値を計算し、前記工具の先端部の３次元の軌跡を求める工具軌跡演算手段と、
該工具軌跡演算手段で求めた工具の先端部の３次元の軌跡、および、前記データ取得部により取得した時系列データのうち少なくとも一つを時系列波形として表示する表示手段と、前記表示手段に表示されている工具の先端部の３次元の軌跡の任意の一部を選択する工具軌跡選択手段と、前記工具軌跡選択手段によって選択された部分の工具の先端部の３次元の軌跡、および該選択された部分の工具の先端部の３次元の軌跡に対応する３次元座標値の基となる位置情報が取得された時間領域の前記時系列波形の表示属性を変える表示属性変更手段と、前記表示手段に表示されている時系列波形の時間軸の任意の一部を選択する時間軸選択手段と、前記時間軸選択手段によって選択された時間軸の任意の一部に対応する前記時系列波形、および、前記時間軸選択部によって選択された時間軸の任意の一部に対応する前記工具の先端部の３次元の軌跡の表示属性を変える表示属性変更手段と、を備えた工作機械の工具軌跡表示装置としてもよい。

１０ 数値制御装置
１１ 駆動軸制御部
１２ データ取得部
１３ 表示部
１４ データ通信部
２０ 工作機械
２１ サーボモータ
２１ｘ ｘ駆動軸
２１ｙ ｙ駆動軸
２１ｚ ｚ駆動軸
２１Ａ Ａ駆動軸
２１Ｂ Ｂ駆動軸
２２ 位置検出装置
２３ テーブル
２４ 工具
３０ 外部機器
３１ データ通信部
３２ データ取得部
３３ 表示部
Ｓａ 位置情報
Ｓｂ 速度情報
Ｓｃ 加速度情報
Ｓｄ 位置偏差
Ｓｅ トルク指令

Claims (7)

1. 数値制御装置を用いて回転軸を含む複数の駆動軸によって工具および加工物の位置や姿勢を制御する工作機械の該工具の先端部の軌跡を表示する工作機械の工具軌跡表示装置において、
   前記各駆動軸の各時刻における位置情報、速度情報、加速度情報、位置偏差情報、およびトルク指令を同時に時系列データとして取得し記憶するデータ取得手段と、
   前記各駆動軸の各時刻における位置情報と前記工作機械の機械構成の情報とを用いて、前記加工物に固定された座標系からみた、前記工具の先端部の３次元座標値を計算し、前記工具の先端部の３次元の軌跡を求める工具軌跡演算手段と、
   該工具軌跡演算手段で求めた工具の先端部の３次元の軌跡、および、前記データ取得部により取得した時系列データのうち少なくとも一つを時系列波形として表示する表示手段と、
   前記表示手段に表示されている工具の先端部の３次元の軌跡の任意の一部を選択する工具軌跡選択手段と、
   前記工具軌跡選択手段によって選択された部分の工具の先端部の３次元の軌跡、および該選択された部分の工具の先端部の３次元の軌跡に対応する３次元座標値の基となる位置情報が取得された時間領域の前記時系列波形の表示属性を変える表示属性変更手段と、
   を備えたことを特徴とする工作機械の工具軌跡表示装置。
2. 数値制御装置を用いて回転軸を含む複数の駆動軸によって工具および加工物の位置や姿勢を制御する工作機械の該工具の先端部の軌跡を表示する工作機械の工具軌跡表示装置において、
   前記各駆動軸の各時刻における位置情報、速度情報、加速度情報、位置偏差情報、およびトルク指令を同時に時系列データとして取得し記憶するデータ取得手段と、
   前記各駆動軸の各時刻における位置情報と前記工作機械の機械構成の情報とを用いて、前記加工物に固定された座標系からみた、前記工具の先端部の３次元座標値を計算し、前記工具の先端部の３次元の軌跡を求める工具軌跡演算手段と、
   該工具軌跡演算手段で求めた工具の先端部の３次元の軌跡、および、前記データ取得部により取得した時系列データのうち少なくとも一つを時系列波形として表示する表示手段と、
   前記表示手段に表示されている時系列波形の時間軸の任意の一部を選択する時間軸選択手段と、
   前記時間軸選択手段によって選択された時間軸の任意の一部に対応する前記時系列波形、および、前記時間軸選択部によって選択された時間軸の任意の一部に対応する前記工具の先端部の３次元の軌跡の表示属性を変える表示属性変更手段と、
   を備えたことを特徴とする工作機械の工具軌跡表示装置。
3. 前記各駆動軸の前記位置偏差と前記トルク指令の少なくとも一方に対する閾値を設定する第１閾値設定手段と、
   前記時間軸選択手段は、前記位置偏差または前記トルク指令の少なくとも一方が前記閾値を超えた時刻に対して該時刻を含む予め設定された時間範囲を選択する手段であることを特徴とする請求項２に記載の工作機械の工具軌跡表示装置。
4. 前記回転軸の位置偏差に前記回転軸の回転中心軸と前記工具先端部との距離（回転半径）を乗じ第２の位置偏差を算出する位置偏差算出手段と、
   前記位置偏差算出手段により算出した第２の位置偏差に対する第２閾値を設定する第２閾値設定手段と、
   前記時間軸選択手段は、第２の位置偏差が前記第２閾値を超えた時刻に対して該時刻を含む予め設定された時間範囲を選択する手段であることを特徴とする請求項２に記載の工作機械の工具軌跡表示装置。
5. 前記各駆動軸の各時刻における位置情報、位置偏差、および機械構成の情報を用いて、工具先端部における３次元の位置偏差ベクトルを算出し、該３次元の位置偏差ベクトルの長さを位置偏差合成値として算出する位置偏差合成値算出手段と、
   前記位置偏差合成値算出手段により算出した位置偏差合成値に対する第３閾値を設定する第３閾値設定手段と、
   前記時間軸選択手段は、前記位置偏差合成値が第３閾値を超えた時刻に対して該時刻を含む予め設定された時間範囲を選択する手段であることを特徴とする請求項２に記載の工作機械の工具軌跡表示装置。
6. 前記駆動軸が重力の影響を受ける軸である場合、
   あらかじめ設定した重力の情報と前記機械構成の情報と前記駆動軸の各時刻における位置情報とを用いて、前記駆動軸が受ける重力による負荷のトルクを算出する重力負荷算出手段と、
   トルク指令から該重力負荷トルクを減じた値を第２のトルク指令とする第２トルク指令算出手段と、
   前記第２トルク指令算出手段により算出した第２のトルク指令に対する第４閾値を設定する第４閾値設定手段と、
   前記時間軸選択手段は、前記第２のトルク指令が第４閾値を超えた時刻に対して該時刻を含む予め設定された時間範囲を選択する手段であることを特徴とする請求項２に記載の工作機械の工具軌跡表示装置。
7. 前記各駆動軸の各時刻における位置情報と機械構成の情報とを用いて、工具先端の合成速度ベクトルあるいは合成加速度ベクトルを算出し、前記各ベクトルの長さを合成速度あるいは合成加速度として算出する合成値算出手段と、
   前記合成値算出手段により算出した前記合成速度あるいは前記合成加速度に対する第５閾値を設定する第５閾値設定手段と、
   前記時間軸選択手段は、前記合成速度あるいは前記合成加速度が第５閾値を超えた時刻に対して該時刻を含む予め設定された時間範囲を選択する手段であることを特徴とする請求項２に記載の工作機械の工具軌跡表示装置。