JP2013257782A - 作業支援制御部を有する工作機械の数値制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】工作機械の製造工程における作業または工作機械メーカ等による保守における作業効率の向上、安全性の向上、作業ミスの防止、設備費用削減が可能な作業支援制御部を有する工作機械の数値制御装置を提供すること。
【解決手段】ホストコンピュータ６０は、通信回線５０を介して工作機械４０を制御する数値制御装置３０と接続され、ホストコンピュータ６０は、生産管理情報（各製造工程にある工作機械、出荷済みの工作機械などを管理する情報）に照らし合わせて、作業支援制御部の動作許可要求信号を送信した工作機械が製造工程に存在するかどうかを確認する処理を実行し、数値制御装置３０は、その表示装置の表示画面に、工作機械の製造工程における組立作業、精度調整作業、検査作業や、工作機械メーカ等による保守作業などの作業の作業項目を作業順に並べて表示し、さらに、前記作業項目を選択する手段を有する。
【選択図】図７

Description

本発明は、工作機械の製造工程における作業または工作機械メーカ等による保守時の作業を支援するための制御部を有する工作機械の数値制御装置に関する。

工作機械の製造または保守においては、工作機械を構成する様々な部材を組み立てたり、各種部品を取付けたりする作業がある。また、その過程では、サーボモータやスピンドルモータを駆動することによりテーブルや主軸を動作させ、様々な調整や測定などの作業も行う。このような製造の過程で必要な作業に対しては、作業手順書（例えば、紙に印刷されたものやパーソナルコンピュータのような機器に格納されたもの等）が用意され、作業者は作業手順書を参照しながら作業を行っている。しかし、作業手順書を参照しながらの作業は、作業手順書を参照するためのスペースが必要になるなどで、作業性が悪くなるという問題がある。また、作業手順書を必要としない熟練作業者であっても、設計変更などの理由で作業手順や作業を行う上での注意事項が変更された場合などに、それに気付かず、結果としてミスを犯すことに繋がる。

また、各種部材の組立や調整、測定を行う際には、サーボモータやスピンドルモータを駆動して工作機械のテーブルや主軸を動作させる必要があるが、従来はモータを駆動するためのプログラムを作業者が数値制御装置に入力（直接入力または外部機器からの入力）していた。しかし、作業者が数値制御装置にプログラム指令を入力する際に誤ったプログラム指令を入力してしまったり、外部機器から入力するプログラムを選択する際に選択すべきプログラムを間違えたりすると、テーブルや主軸は本来とは異なった動作をし、作業者が危険に晒される場合もある。また数値制御装置にプログラムを入力する作業にある程度の時間を要する。

また、調整や測定を行った際には、その記録を残すため、従来は手書きで所定の用紙に記入したり、パーソナルコンピュータのような機器を用意して、それに必要事項を入力したりしている。しかし、用紙に記入するための作業スペースが必要になる、パーソナルコンピュータのような機器を作業者数に応じて多数用意する必要がある、本来の作業場所から離れて記入や入力のための作業場所に行き、作業を行わなければならない、という問題がある。さらに、場所を移動する、ペンを持つ又はキーボードを打つために作業手袋を外すなどを行うため、通常の作業の流れを止めてしまうことにもなる。

製造工程における作業ミスや誤作動による問題を解決する技術として、特許文献１には、何らかの不具合によって特殊モード（工場モード）状態の電気機器を工場から出荷してしまった場合の特殊モード解除方法が開示されている。また、特許文献２には、製品を製造する際の作業を指示するシステムが開示されている。

特開２００５−１８２５９８号公報 特開平９−２６２７４５号公報

背景技術で説明した特許文献１に開示される技術は、工場における作業ミス又は誤作動、その他なんらかの不具合によって特殊モードの状態の電気機器を工場から出荷してしまった場合、ユーザに意識させることなく特殊モード状態を解除し通常モード状態に移行できるようにする技術であって、製造工場において作業手順を表示装置に表示するものではない。また、特許文献２では、作業指示情報がパソコンやディスプレイなどの表示装置に表示されるため、製造装置とは別の表示装置を用意する必要がある。また、表示装置は製造装置と一体化されているわけではないため、作業を行いながら作業指示を確認するのが不便であり、作業指示を確認中に何らかの異常が発生しても即座に製造装置を止めることができないという安全性の問題もある。

そこで、本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、作業手順の表示や測定データ等の入力、調整、測定作業など、工作機械の製造工程における作業または工作機械メーカ等による保守時の作業を支援する機能を工作機械の数値制御装置に組込み、使用できるようにすることで、工作機械の数値制御装置に組込んだ工作機械の製造工程における作業または工作機械メーカ等による保守における作業効率の向上、安全性の向上、作業ミスの防止、設備費用削減が可能な作業支援制御部を有する工作機械の数値制御装置を提供することを課題とする。

本願の請求項１に係る発明は、モータを駆動するための駆動用制御部を備える工作機械の数値制御装置において、前記工作機械の製造または保守時における作業を支援するための作業支援制御部を有し、該作業支援制御部は、前記作業に関する作業項目を作業順に並べて画面に表示する作業項目表示部と、前記作業項目のうちの一つを選択する作業項目選択部と、前記作業項目選択部により選択された作業項目の作業内容を説明するガイダンスを画面に表示するガイダンス表示部と、前記作業項目選択部により選択された作業項目に関する設定項目または確認項目を画面に表示する作業詳細表示部と、前記作業項目とモータ駆動指令を対応付けて記憶するモータ駆動指令記憶部と、作業者の操作を受け付ける操作部と、前記操作部からの操作信号に応じて、作業項目に対応するモータ駆動指令をモータ駆動指令記憶部から読み取って前記駆動用制御部に出力するモータ駆動指令出力部を有することを特徴とする工作機械の数値制御装置である。
請求項２に係る発明は、前記作業支援制御部を動作可能にするための手段を有することを特徴とする請求項１に記載の工作機械の数値制御装置である。
請求項３に係る発明は、前記作業支援制御部は、前記操作部からの操作信号に応じて、予め設定された標準的なパラメータ設定値を調整するパラメータ調整部を有することを特徴とする請求項１または２の何れか一つに記載の工作機械の数値制御装置である。

請求項４に係る発明は、前記パラメータ調整部により調整したパラメータ番号とパラメータ設定値、および調整した理由を記録するパラメータ調整記録部を有することを特徴とする請求項３に記載の工作機械の数値制御装置である。
請求項５に係る発明は、前記作業支援制御部は、前記作業項目選択部により選択された作業項目の作業が完了したことを記憶する作業完了状態記憶部を有し、前記作業項目表示部は前記作業完了状態記憶部に記憶された内容に基づいて作業項目の表示を変更し、前記作業項目選択部は前記作業完了状態記憶部に記憶された内容に基づいて作業項目を選択不可にすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の工作機械の数値制御装置である。

本発明により、作業手順の表示や測定データ等の入力、調整、測定作業など、工作機械の製造工程における作業または工作機械メーカ等による保守時の作業を支援する機能を工作機械の数値制御装置に組込み、使用できるようにすることで、工作機械の数値制御装置に組込んだ工作機械の製造工程における作業または工作機械メーカ等による保守における作業効率の向上、安全性の向上、作業ミスの防止、設備費用削減が可能な作業支援制御部を有する工作機械の数値制御装置を提供できる。

そして、請求項１に係る発明は、工作機械に搭載される数値制御装置にその工作機械の製造工程における組立作業、精度調整作業、検査作業や、工作機械メーカ等による保守作業などの作業を支援する作業支援制御部を組み込んで利用することができるため、工作機械の製造工程における作業または工作機械メーカ等による保守における作業効率の向上、安全性の向上、作業ミスの防止、設備費用削減の効果がある。
具体的には、前記各作業の作業内容や手順が工作機械の数値制御装置の画面に表示されるため、誰でも（作業に不慣れな作業者でも）効率良くまた確実に作業を行うことができる。特に、数値制御装置とは別のディスプレイなどを用いるわけではなく、数値制御装置の画面に情報を表示するため、数値制御装置の画面に表示された内容を確認しながら作業を行うことができ、何らかの異常が発生した場合でも即座に作業を止めることができ、安全性が高い。また、作業に関する設定項目や確認項目を画面に表示するため、設定や確認のためにそれぞれ別の画面に移動したり、測定値等を記録するための用紙や機器が不要になり、作業効率も向上する。
また、数値制御装置の画面に表示される作業手順に従って作業を行うことにより、作業項目に対応するモータ駆動指令を駆動用制御部に出力してモータを駆動し、工作機械を構成する様々な部材や部品を組み立てたり調整したりする際に必要となる機械動作を行うことができる。従って、モータを駆動するためのプログラム指令を数値制御装置に入力する手間が省け、入力ミスを防止することもできる。

請求項２に係る発明は、作業支援制御部は通常は動作せず、特定の手段を用いた場合のみ動作するようにしたため、工作機械の製造工程や工作機械メーカ等による保守作業等、特定の状況においてのみ動作可能となり、ユーザが使用する環境に全く影響を及ぼすことなく、またユーザに意識させることなく工作機械の数値制御装置を工作機械の製造や保守に利用することができる。
請求項３に係る発明は、作業支援制御部により示される作業手順に従って作業を行うことにより、パラメータが最適化される。作業に基づいてパラメータ設定値を計算したり設定したりする手間が省ける。
請求項４に係る発明は、パラメータの変更内容やその理由を記録することができるため、その工作機械の製造または保守時における特性を知ることができる。
請求項５に係る発明は、作業が完了した作業項目を通常とは異なる表示に変更することにより、作業の進捗状況を簡単に把握することができ、また作業が完了した作業項目を選択不可にすることにより、作業効率の向上と作業ミスの防止の効果がある。

工作機械を制御する数値制御装置の概要を説明する図である。 作業支援制御部による画面表示の一例を説明する図である。 作業項目と画面表示内容の関連付けを説明する図である。 作業項目とモータ駆動指令の関連付けを説明する図である。 作業項目とパラメータの関連付けを説明する図である。 作業完了フラグを説明する図である。 製造工程においてホストコンピュータと接続して数値制御装置を備えた工作機械の製造を行うことを説明する図である。 作業支援制御部を有する工作機械の数値制御装置の動作を説明するフローチャートである。 製造途中の工作機械の数値制御装置と接続されるホストコンピュータの動作を説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は工作機械を制御する数値制御装置の概要を説明する図である。数値制御装置３０は工作機械４０を制御する制御装置である。数値制御装置３０のプロセッサ１１は、ＲＯＭ１２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３０全体を制御する。また、ＲＯＭ１２には作業支援制御を実行するためのプログラムも格納されている。ＲＡＭ１３にはＳＲＡＭなどが使用され、各種のデータが格納される。表示制御回路２１はデジタル信号を表示用の信号に変換し表示装置２２に渡す。表示装置２２は液晶表示装置などが使用される。キーボード２３は加工データや図形データなどを入力する入力手段である。ソフトキーは、様々な機能を割り付けることができる表示装置２２の表示画面上のボタンであり、表示装置２２の表示画面の画面端の固定位置に複数表示され、それぞれのソフトキーは付近に配置されたハードウェアとしてのボタン２４を押すことで、ＯＮ／ＯＦＦを操作することができる。軸制御回路１５はプロセッサ１１から軸の移動指令を受けて、軸の指令をサーボアンプ１６に出力する。サーボアンプ１６はこの軸の指令を受けて、工作機械４０内に設けられたサーボモータを駆動する。

工作機械４０の数値制御装置３０には、ユーザが工作機械４０を使用する際に必要なモータを駆動・制御するためのソフトウェアが組み込まれている。このような工作機械４０の数値制御装置３０が本来有するソフトウェアの他に、工作機械４０の製造工程における作業等を支援するためのソフトウェアが組み込まれている。

製造工程における作業においてこのソフトウェア（以下、「作業支援制御部」という）を使用できるようにし、製造した工作機械４０が工場から出荷された後はそれを使用できないようにする。これにより、ユーザが使用する環境に全く影響を及ぼすことなく、またユーザに意識させることなく工作機械４０の数値制御装置３０を工作機械４０の製造に利用することが可能となる。また、工作機械４０が工場から出荷された後でも作業支援制御部を使用できるようにする手段を設けることにより、工作機械メーカ等による保守作業等にも利用することが可能となる。

作業支援制御部では、例えば、各製造工程での作業項目や詳しい作業手順・内容を画面に表示すること、各作業において必要となる情報を画面に表示すること、各作業において必要となる設定項目を画面に表示し入力可能にすること、各作業において必要となる機械動作（モータの駆動）を簡単な操作で実行可能にすること、などを行う。

以下、作業支援制御部を詳細に説明する。
作業支援制御部は、工作機械４０の数値制御装置３０にソフトウェアとして組み込まれており、数値制御装置３０は該ソフトウェアを実行することによって、工作機械４０の製造工程における組立作業、精度調整作業、検査作業や、工作機械メーカ等による保守作業などの作業の作業項目を作業順に並べて画面（表示装置２２）に表示する作業項目表示部、前記作業項目を選択する作業項目選択部、前記作業項目を選択することにより、選択された作業項目に関連付けられた作業内容を説明するガイダンスを画面に表示するガイダンス表示部、設定項目、確認項目を画面に表示する作業詳細表示部、作業項目とモータ駆動指令を対応付けて記憶するモータ駆動指令記憶部と、操作部からの操作信号に応じて作業項目に対応するモータ駆動指令をモータ駆動指令記憶部から読み取ってモータ駆動部に出力するモータ駆動指令出力部を有することができる（図２，図３参照）。なお、図２は、作業項目として「１．Ｘ軸真直度測定」が選択されている例である。

ここで、作業項目選択部としては、項目番号入力による選択、カーソルによる選択、タッチパネルでのタッチ操作による選択などがある。作業者が作業手順に従ってキーボードやカーソルなどの操作部を操作することにより、画面に表示された設定項目にデータを設定したり、画面に表示された確認項目を確認したりすることができる。さらに、作業支援制御部は、操作部からの操作信号に応じて、作業項目に関連付けられたモータ駆動指令（ＮＣプログラム）を駆動用制御部（軸制御回路１５）に出力することができる（図４参照）。これによりモータが駆動され、工作機械４０を構成する様々な部材や部品を組み立てたり調整したりする際に必要となる、機械動作（主軸やテーブルの動作）を行うこともできる。

また、数値制御装置３０に予め標準的なパラメータを設定しておき、作業者が作業手順に従って前記操作部を操作することにより、作業支援制御部は、操作部からの操作信号に応じて、作業項目に関連付けられたパラメータ設定値を自動調整する。自動調整は、図５に示されるように、設定項目に設定した値からパラメータ設定値を計算する計算式を予め設定しておくことにより行うことができる。
さらに調整したパラメータ番号とパラメータ設定値、および調整した理由をメモリ（不揮発性メモリ１４）に記録することもできる。これにより、工作機械４０の製造工程における作業または工作機械メーカ等による保守時の作業によってパラメータが最適化され、標準的な設定値からの変更内容により、その工作機械の特性を知ることができる。

選択した作業項目の作業が完了した場合、作業項目に関連付けられた作業完了フラグに１をセットし（図６参照）、作業項目の完了を識別できるようにする。作業が完了した作業項目（作業完了フラグが１の作業項目）の表示を変更することにより、作業が完了したことを画面表示上で認識できるようにする。作業項目の表示の変更は、例えば、作業項目を通常より薄い色で表示する、作業項目に取り消し線を表示する、作業項目にチェックボックスのようなマークを付す、作業項目を消去する、などを行う。また作業が完了した作業項目を選択できないようにする。

作業支援制御部は、通常は動作せず、特定の手段を用いた場合のみ動作するものとする。この特定の手段は、工作機械が製造工程にある場合のみ動作させるようにするため、工作機械の数値制御装置を工作機械の製造工程を管理するホストコンピュータ（サーバ）に接続して通信を行うことにより、作業支援制御部を動作可能にするものとする。
図７は製造工程においてホストコンピュータと接続して数値制御装置を備えた工作機械の製造を行うことを説明する図である。ホストコンピュータ６０はインターネットなどの通信回線５０を介して工作機械４０を制御する数値制御装置３０と接続されている。ホストコンピュータ６０は、生産管理情報（各製造工程にある工作機械、出荷済みの工作機械などを管理する情報）に照らし合わせて、作業支援制御部の動作許可要求信号を送信した工作機械が製造工程に存在するかどうかを確認する処理を実行するデータおよびプログラムを備えている。

図８は、作業支援制御部を動作させるフローチャートである。以下、各ステップに従って説明する。
●［ステップＳＡ０１］工作機械の数値制御装置の電源を投入する。
●［ステップＳＡ０２］その後、工作機械の数値制御装置を有線または無線でネットワークに接続し、工作機械の製造工程を管理するホストコンピュータ（サーバ）に対して、その存在の有無を確認するためのコマンドを送信する。
●［ステップＳＡ０３］ホストコンピュータからの応答があるか否か判断し、ホストコンピュータからの応答がなければ（ＮＯ）、この工作機械は製造工程には存在しないと判断し、ステップＳＡ０７へ移行し、応答があれば（ＹＥＳ）、この工作機械は製造工程に存在すると判断し、ステップＳＡ０４へ移行する。
●［ステップＳＡ０４］工作機械の数値制御装置からホストコンピュータに対して、作業支援制御部の動作許可要求信号を送信する。作業支援制御部の動作許可要求信号には、その工作機械の数値制御装置を識別するための情報（その数値制御装置固有の識別情報）を付加する。
●［ステップＳＡ０５］工作機械の数値制御装置は、作業支援制御部の動作許可信号を受信したか否か判断し、動作許可信号を受信したら（ＹＥＳ）ステップＳＡ０６へ移行し、動作許可信号を受信しないなら（ＮＯ）ステップＳＡ０７へ移行する。
●［ステップＳＡ０６］作業支援制御部を動作開始する。なお、工作機械の数値制御装置の電源をＯＦＦするまで作業支援制御部を動作させることができる。
●［ステップＳＡ０７］作業支援制御部を動作させずに、通常モード（通常ユーザが工作機械を使用する状態）で動作開始する。

図９は製造途中の工作機械の数値制御装置と接続されるホストコンピュータの動作を説明するフローチャートである。以下、各ステップに従って説明する。
●［ステップＳＢ０１］工作機械の数値制御装置からホストコンピュータの存在確認のコマンドを受信したか否かを判断し、コマンドを受信した場合（ＹＥＳ）にはステップＳＢ０２へ移行し、受信していない場合（ＮＯ）コマンドを受信するのを待ってステップＳＢ０２へ移行する。
●［ステップＳＢ０２］ホストコンピュータの存在を確認する信号を工作機械の数値制御装置に送信する。
●［ステップＳＢ０３］工作機械の数値制御装置から送信された作業支援制御部の動作許可要求信号を受信したか否かを判断し、受信した場合（ＹＥＳ）はステップＳＢ０４へ移行し、受信していない場合（ＮＯ）は受信するのを待ってステップＳＢ０４へ移行する。
●［ステップＳＢ０４］ホストコンピュータは、生産管理情報（各製造工程にある工作機械、出荷済みの工作機械などを管理する情報）に照らし合わせて、作業支援制御部の動作許可要求信号を送信した工作機械が製造工程に存在するかどうかを確認する処理を実行する。
●［ステップＳＢ０５］作業支援制御部の動作許可要求信号を送信した工作機械が製造工程に存在する場合（ＹＥＳ）、ステップＳＢ０６へ移行し、存在しない場合（ＮＯ）ステップＳＢ０１に戻る。
●［ステップＳＢ０６］作業支援制御部の動作許可信号を工作機械の数値制御装置に対して送信し、その後、ステップＳＢ０１に戻り、処理を継続する。

なお、工作機械の製造工程を管理するホストコンピュータ６０と工作機械４０の数値制御装置３０とが外部からの接続が不可能な工場内の閉じたネットワーク内にある場合は、図８におけるＳＡ０４，ＳＡ０５のステップ、および、図９におけるＳＢ０３，ＳＢ０４，ＳＢ０５，ＳＢ０６のステップを省略してもよい。

また別の手段として、工作機械４０が工場から出荷された後に作業支援制御部を使用できるように、特定の操作により作業支援制御部を動作可能にするものとしてもよい。特定の操作としては、数値制御装置３０の電源を投入する際に操作盤の複数のキーを押す、数値制御装置の電源投入後暗号を入力する、などがある。

上述した本発明の実施形態によれば、工作機械の製造工程または工作機械メーカ等による保守において、その工作機械に搭載される数値制御装置をその工作機械の製造や保守に利用することができるため、工作機械の製造工程または工作機械メーカ等による保守における作業効率の向上、安全性の向上、作業ミスの防止、設備費用削減の効果がある。そして、工作機械の数値制御装置に組み込まれた作業支援制御部は、工作機械の製造工程や工作機械メーカ等による保守等、特定の状況においてのみ動作可能であるため、ユーザが使用する環境に全く影響を及ぼすことなく、またユーザに意識させることなく工作機械の数値制御装置を工作機械の製造や保守に利用することができる。

１１ プロセッサ
１２ ＲＯＭ
１３ ＲＡＭ
１４ 不揮発性メモリ
１５ 軸制御回路
１６ サーボアンプ
１７ インタフェース
１８ バス
２１ 表示制御回路
２２ 表示装置
２３ キーボード
２４ ボタン

３０ 数値制御装置
４０ 工作機械
５０ 通信回線
６０ ホストコンピュータ

Claims (5)

1. モータを駆動するための駆動用制御部を備える工作機械の数値制御装置において、
   前記工作機械の製造または保守時における作業を支援するための作業支援制御部を有し、
   該作業支援制御部は、
   前記作業に関する作業項目を作業順に並べて画面に表示する作業項目表示部と、
   前記作業項目のうちの一つを選択する作業項目選択部と、
   前記作業項目選択部により選択された作業項目の作業内容を説明するガイダンスを画面に表示するガイダンス表示部と、
   前記作業項目選択部により選択された作業項目に関する設定項目または確認項目を画面に表示する作業詳細表示部と、
   前記作業項目とモータ駆動指令を対応付けて記憶するモータ駆動指令記憶部と、
   作業者の操作を受け付ける操作部と、
   前記操作部からの操作信号に応じて、作業項目に対応するモータ駆動指令をモータ駆動指令記憶部から読み取って前記駆動用制御部に出力するモータ駆動指令出力部を有することを特徴とする工作機械の数値制御装置。
2. 前記作業支援制御部を動作可能にするための手段を有することを特徴とする請求項１に記載の工作機械の数値制御装置。
3. 前記作業支援制御部は、前記操作部からの操作信号に応じて、予め設定された標準的なパラメータ設定値を調整するパラメータ調整部を有することを特徴とする請求項１または２の何れか一つに記載の工作機械の数値制御装置。
4. 前記パラメータ調整部により調整したパラメータ番号とパラメータ設定値、および調整した理由を記録するパラメータ調整記録部を有することを特徴とする請求項３に記載の工作機械の数値制御装置。
5. 前記作業支援制御部は、前記作業項目選択部により選択された作業項目の作業が完了したことを記憶する作業完了状態記憶部を有し、
   前記作業項目表示部は前記作業完了状態記憶部に記憶された内容に基づいて作業項目の表示を変更し、
   前記作業項目選択部は前記作業完了状態記憶部に記憶された内容に基づいて作業項目を選択不可にすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の工作機械の数値制御装置。

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