JP2013069231A - 工具の軌跡表示機能を備えた数値制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加工条件変更前後での軌跡形状変化を視覚的に精度よく分析することができ、適切な駆動軸のパラメータ調整を行うことができるようにした数値制御装置の提供。
【解決手段】数値制御装置１４は、予め定めた位置指令に基づいて各駆動軸１２を制御する数値制御部１６と、数値制御部１６により駆動制御される各駆動軸１２の位置データを取得する位置データ取得部１８と、取得された各軸の位置データすなわち位置フィードバック及び工作機械１０の機械構成の情報から、工作機械の工具先端点の座標を算出する工具座標算出部２０と、算出された工具先端点の座標をフィードバック軌跡として記憶する工具軌跡記憶部２２と、記憶されたフィードバック軌跡を画面表示する表示部２４と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械の工具先端点等の代表点の軌跡を表示する機能を備えた数値制御装置に関する。

従来、加工形状の誤差を確認する手法として、工作機械の工具先端点等の代表点の指令軌跡と、その指令に従って工具先端点等の代表点を実際に移動させたときのフィードバック軌跡とを重ねて表示し、指令軌跡に対する誤差を視覚的に確認する工具軌跡表示手法が用いられてきた。例えば特許文献１には、制御装置から取得したサーボ情報に基づいて、２つのサーボ情報波形を同一の表示枠内に重ねて表示する技術が開示されている。

特許文献２には、ＮＣプログラム解析して生成した工具の移動軌跡と、その移動軌跡に基づいて工具を移動させたときの工具の位置データを該移動軌跡に重ねて表示させる機能を有するＮＣ装置が開示されている。

特許文献３には、サーボ制御装置及びサーボ系の調整方法が開示されており、ここでは、「周期性を有する移動指令として正弦波状の円弧指令をサーボ系に与え、これによる位置フィードバックデータとその１／４周期前若しくは１／４周期後のデータ又はその１／４周期前若しくは１／４周期後の前記位置指令による位置データとを、Ｘ軸及びＹ軸の各々の位置データに変換して二次元平面（Ｘ−Ｙ平面）上に描画する」と記載されている。

さらに特許文献４には、工具軌跡と穴明図とワーク図とを重ね合わせて描画表示できる手段を備えたＮＣプログラムの解析編集装置が記載されている。

特開２００３−７５４７２号公報 特開平６−５９７１７号公報 特開２００６−２２７８８６号公報 特開２０１１−２２６６６号公報

従来は、加工速度等の加工条件の変更前後でのフィードバック軌跡をそれぞれ重ねて表示することができなかったため、それらの軌跡を視覚的に比較するには、異なる表示器に別々に表示する必要があり、加工条件変更前後での軌跡形状の違いを精度よく評価することはできなかった。

例えば特許文献１には、時間軸基準の重ね合せについての記載はあるが、工具軌跡のような時間軸によらないデータの重ね合わせに関する言及はない。特許文献２及び３では、指令軌跡にフィードバック軌跡を重ねて表示する旨は記載されているが、複数のフィードバック軌跡を重ね合わせて表示することについては言及されていない。さらに特許文献４には、工具軌跡とワークの加工形状及び穴明状態とを重ねて表示する旨は記載されているが、複数のフィードバック軌跡を重ね合わせて表示する手法に関する言及はない。

そこで本発明は、加工条件変更前後での工具の軌跡変化を視覚的に精度よく確認・分析することを可能にする数値制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本願第１の発明は、工作機械が有する少なくとも１つの駆動軸を制御する数値制御部と、前記駆動軸の位置フィードバック及び前記工作機械の機械構成の情報から工具の代表点のフィードバック軌跡を算出する工具座標算出部と、前記フィードバック軌跡を記憶する工具軌跡記憶部と、前記フィードバック軌跡を表示する表示部と、を備え、前記表示部は、該表示部に表示されたフィードバック軌跡上に、前記工具軌跡記憶部に記憶された過去のフィードバック軌跡を少なくとも１つ以上重ねて表示する、数値制御装置を提供する。

第２の発明は、第１の発明において、前記表示部は、前記駆動軸を制御するための位置指令及び前記工作機械の機械構成の情報から算出された工具の代表点の指令軌跡を表示し、さらに前記フィードバック軌跡を前記指令軌跡に少なくとも１つ以上重ねて表示する、数値制御装置を提供する。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記指令軌跡又は前記フィードバック軌跡は、３次元の軌跡を２次元平面に投影したものである、数値制御装置を提供する。

第４の発明は、第１〜第３のいずれか１つの発明において、前記表示部は、前記指令軌跡に対する前記フィードバック軌跡の誤差又は前記フィードバック軌跡間の誤差をその誤差方向にのみ拡大して表示する、数値制御装置を提供する。

本発明によれば、異なる条件でのフィードバック軌跡を重ねて表示することにより、加工条件変更前後での工具の代表点の軌跡変化を視覚的に精度よく分析することができ、適切な駆動軸のパラメータ調整を行うことができるようになる。またフィードバック軌跡及び指令軌跡はいずれも、時間軸を含まない位置座標系に表示されるので、工具の移動速度や移動時間の差の影響は無視することができ、軌跡間の誤差をより容易に把握できるようになる。

フィードバック軌跡に指令軌跡を重ねて表示することにより、指令軌跡に対するフィードバック軌跡の誤差を容易に視覚的に把握できるようになる。

３次元のフィードバック軌跡を２次元平面に投影することにより、複雑な３次元形状の軌跡も容易に視覚的に認識できるようになる。

指令軌跡に対するフィードバック軌跡の誤差又はフィードバック軌跡間の誤差をその誤差方向にのみ拡大して表示することにより、誤差をより容易に認識しやすくすることができる。

本発明の実施形態に係る数値制御装置の概略構成を示すブロック図である。 数値制御装置の処理の一例を示すフローチャートである。 矩形の指令軌跡と、加工条件が異なる２つのフィードバック軌跡とを重ねて表示した例を示す図である。 図３の矩形の角部を拡大表示した図である。 指令軌跡に対する２つのフィードバック軌跡の誤差を拡大表示した例を示す図である。 指令軌跡が円の場合に、該指令軌跡に対する２つのフィードバック軌跡の誤差を拡大表示した例を示す図である。 ２つの３次元フィードバック軌跡を２次元グラフに重ねて投影した例を示す図である。

図１は、本発明に係る軌跡表示機能を備えた数値制御装置を含むシステム構成例を示す図である。工作機械（機構部）１０は、少なくとも１つ（図示例では５つ）のサーボモータ等の駆動軸１２を有し、駆動軸１２の各々は数値制御装置（ＣＮＣ）１４によって制御される。数値制御装置１４は、予め定めた位置指令に基づいて各駆動軸１２を制御する数値制御部１６と、数値制御部１６により駆動制御される各駆動軸１２の位置データを取得する位置データ取得部１８と、取得された各軸の位置データすなわち位置フィードバック及び工作機械１０の機械構成の各部の寸法等の情報から、工作機械の工具の代表点（例えば工具先端点）の座標すなわちフィードバック軌跡を算出する工具座標算出部２０と、算出された工具の代表点の座標を、フィードバック軌跡として記憶するメモリ等の工具軌跡記憶部２２と、記憶されたフィードバック軌跡を画面表示するモニタ等の表示器又は表示部２４と、を有する。

数値制御部１６は、予め定めた位置指令に基づき、各駆動軸１２のフィードバック制御を行う。位置データ取得部１８は、数値制御部１６から各駆動軸１２の位置指令を取得することができ、工具座標算出部２０は該位置指令と工作機械１０の機械構成の情報とに基づいて工具先端点の指令軌跡を算出することができる。また位置データ取得部１８は、エンコーダ等の図示しない測定手段により測定された各駆動軸１２の位置フィードバックを取得することができ、工具座標算出部２０は該位置フィードバックに基づいて工具の代表点（例えば工具先端点）のフィードバック軌跡を算出することができる。工具座標算出部２０が算出した工具の代表点（例えば工具先端点）の指令軌跡及びフィードバック軌跡は、工具軌跡記憶部２２に記憶される。表示部２４は、工具軌跡記憶部２２に記憶された指令軌跡及びフィードバック軌跡を、後述するような位置座標系に画面表示することができる。

図２は、本発明に係る数値制御装置における処理の一例を示すフローチャートである。先ずステップＳ１において、上述の工具座標算出部２０が、各駆動軸１２の位置フィードバック及び工作機械の各部の寸法等の構成情報から、工具の代表点（例えば工具先端点）の移動軌跡を第１のフィードバック軌跡として算出する。第１のフィードバック軌跡は、工具軌跡記憶部２２に記憶される（ステップＳ２）。

次のステップＳ３では、第１のフィードバック軌跡を表示器２４上に表示する。さらに次のステップＳ４において、過去のデータとして記憶されている第２のフィードバック軌跡を、表示器２４に表示されている第１のフィードバック軌跡に重ねて（具体的には第１のフィードバック軌跡と同一の座標系に）表示する。一般に、第２のフィードバック軌跡は第１のフィードバック軌跡と比較し、工具の代表点（例えば工具先端点）が通過すべき軌跡（指令軌跡）は同一であるが、第１のフィードバック軌跡とは異なる移動条件（例えば移動速度やゲインパラメータ）で、工作機械１０の各駆動軸１２を制御して得られた工具の代表点（例えば工具先端点）の軌跡であり、上述のステップＳ１及びＳ２と同様の手順で工具軌跡記憶部２２に予め記憶されているものである。

なおステップＳ１の前又は他の適当なタイミングで、表示器上に指令軌跡を表示するステップを追加してもよい。具体的には、各駆動軸の位置指令及び工作機械の構成情報から工具の代表点（例えば工具先端点）の指令軌跡を算出し、算出した該指令軌跡をフィードバック軌跡と同一の座標系に重ねて表示する。このようにすれば、該指令軌跡とフィードバック軌跡との比較が視覚的に容易に行え、駆動軸のパラメータ調整等を適切かつ迅速に行うことができるようになる。

図３は、本発明に係る数値制御装置１４の表示部２４の画面表示例を示す図であり、具体的には、横軸（Ｘ軸）及び縦軸（Ｙ軸）の寸法がいずれも２０ｍｍの正方形の指令軌跡３０に沿って工具先端点を移動させて切削加工、レーザ加工又は溶接加工等の処理を行う場合に、異なる２つの加工条件（工具の移動条件）に従って工作機械を操作した場合の工具先端点のフィードバック軌跡３２、３４を示している。なお図３の例では指令軌跡３０と２つのフィードバック軌跡３２、３４を同一の位置座標系（Ｘ−Ｙ座標系）に重ねて表示しているが、図３の表示倍率では３つの軌跡間の誤差が殆ど識別できない。

そこで、図４に示すように、表示部２４は図３に示した軌跡の一部（正方形の角部）３６を拡大表示することができる。例えば図４の場合、指令軌跡３０に対して第１の加工条件で加工を行ったときの工具先端点の第１のフィードバック軌跡３２が得られた場合、第１のフィードバック軌跡３２を指令軌跡３０に重ねて表示することにより、指令軌跡３０の角部近傍においていくらか誤差があることがわかる。一方、第１のフィードバック軌跡３２が得られる前に、指令軌跡３０に対して第２の加工条件で加工を行ったときの工具先端点の第２のフィードバック軌跡３４（破線で図示）が得られ、既に第２のフィードバック軌跡３４は上述の工具軌跡記憶部２２に記憶されているとする。この場合、該第２のフィードバック軌跡３４を第１のフィードバック軌跡に重ねて（同一座標系）に表示することにより、両フィードバック軌跡の誤差（加工条件の違いによる変化）を視覚的に容易に把握することができる。例えば図４の場合、第１のフィードバック軌跡３２は第２のフィードバック軌跡３４に比べて、指令軌跡３０に対する誤差の大きさという観点では大幅に改善されていることがわかる。

なお図４に示したように、単純に軌跡の一部を拡大しただけでは、指令軌跡に対するフィードバック軌跡の誤差、又はフィードバック軌跡間の誤差が明確にならない場合もある。その場合は比較したいフィードバック軌跡を、例えば図５に示すように、強調したい誤差方向（図５の例ではＸ方向）にのみ拡大表示することが有効である。図５では、指令軌跡３０に対する第１のフィードバック軌跡３２をＸ方向にのみ５倍に拡大表示しており、第１の加工条件に比較的近い第３の加工条件で加工を行ったときの工具先端点の第３のフィードバック軌跡３８（破線で図示）を同じくＸ方向にのみ５倍に拡大表示したものと比較している。

図６は、指令軌跡が円形である場合のフィードバック軌跡の重ね表示例を示している。円形の指令軌跡４０に対してＸ軸及びＹ軸の双方を変化させながら加工を行うような場合、得られたフィードバック軌跡を拡大せずに重ねて表示しても誤差が殆ど視覚的に確認できない場合が多い、そこで図６に示すように、例えば加工条件の異なる２つのフィードバック軌跡４２及び４４のそれぞれについて、指令軌跡４０に対する誤差をその誤差方向（半径方向）に拡大（例えば１０倍）表示することが有効である。このようにすれば、加工条件の違いに基づくフィードバック軌跡の差を容易に視覚的に確認できるようになる。

一般に、工具は複数の駆動軸によって移動し、故に工具先端点の軌跡は複雑な３次元軌跡を呈する場合が多い。そこで図７に示すように、異なる複数（図示例では２種類）の３次元のフィードバック軌跡４６及び４８を、２次元平面に投影して同一座標系に重ねて表示することが非常に有効である。このようにすれば、２つの軌跡をより的確に比較することができ、両者の差異を容易に視覚的に確認できるようになる。なお図７の場合でも、図５のように強調したい誤差方向にのみ拡大表示することができる。

上述の実施形態のように、指令軌跡にフィードバック軌跡を重ねて表示する場合、或いは異なるフィードバック軌跡同士を重ねて表示する場合は、座標軸が時間軸を含まないＸ−Ｙ平面等の位置座標系に表示することが好ましい。これにより、指令軌跡に対するフィードバック軌跡の誤差や、重ね合わせたフィードバック軌跡間の差が視覚的に容易に把握できる。

また図３〜図７を参照して説明したように異なるフィードバック軌跡を重ねて表示する場合、それらの表示順序や、軌跡の色、線種及び線の太さ等の表示属性は、視覚的な効果等を考慮して適宜選定可能である。

本発明に係る数値制御装置によれば、加工条件別にフィードバック軌跡を重ねて表示し、さらに必要であれば部分的に拡大又は誤差方向に拡大することにより、加工形状の誤差を容易に比較することができ、最適加工条件の探索や推定を迅速かつ容易に行うことができるようになる。

１０ 工作機械
１２ 駆動軸
１４ 数値制御装置
１６ 数値制御部
１８ 位置データ取得部
２０ 工具座標算出部
２２ 工具軌跡記憶部
２２ 表示部

Claims (4)

1. 工作機械が有する少なくとも１つの駆動軸を制御する数値制御部と、
   前記駆動軸の位置フィードバック及び前記工作機械の機械構成の情報から工具の代表点のフィードバック軌跡を算出する工具座標算出部と、
   前記フィードバック軌跡を記憶する工具軌跡記憶部と、
   前記フィードバック軌跡を表示する表示部と、を備え、
   前記表示部は、該表示部に表示されたフィードバック軌跡上に、前記工具軌跡記憶部に記憶された過去のフィードバック軌跡を少なくとも１つ以上重ねて表示する、数値制御装置。
2. 前記表示部は、前記駆動軸を制御するための位置指令及び前記工作機械の機械構成の情報から算出された工具の代表点の指令軌跡を表示し、さらに前記フィードバック軌跡を前記指令軌跡に少なくとも１つ以上重ねて表示する、請求項１に記載の数値制御装置。
3. 前記指令軌跡又は前記フィードバック軌跡は、３次元の軌跡を２次元平面に投影したものである、請求項１又は２に記載の数値制御装置。
4. 前記表示部は、前記指令軌跡に対する前記フィードバック軌跡の誤差又は前記フィードバック軌跡間の誤差をその誤差方向にのみ拡大して表示する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の数値制御装置。

Images