JP2014096029A - パルス発生装置および数値制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成でしかもオペレータに疲労が蓄積することを防止することができるパルス発生装置を提供する。
【解決手段】対象物Ｐを撮影する撮影部５と、撮影部５で撮影した対象物Ｐの動作に応じてパルスを発生するパルス発生部７とを有するパルス発生装置３である。
【選択図】図２

Description

本発明は、パルス発生装置および数値制御装置に係り、特に、工作機械の駆動軸等を制御するものに関する。

従来、工作機械等の機械の制御に使用される数値制御装置のＨＭＩ（Ｈｕｍａｎ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）表示器は、オペレータに数値制御装置内の情報を伝達したり、オペレータが情報を入力するために使用される。

上記表示器の表示画面の操作は、たとえば次に示す１．２．３．の態様でなされる。

１．ＨＭＩ上のディスクリートキーもしくはファンクションキーを押す。２．ＨＭＩの表示画面上に表示されたキーをＨＭＩの表示画面のタッチパネルで選択して操作する。３．機械の微調整をおこなう際には、ＭＰＧ（手動パルス発生器；先行技術文献１の第５図の参照符号６２で示しているものを参照）を、たとえば加工対象であるワークの付近まで搬送して操作する。

なお、手動パルス発生器をポータブルタイプ（可搬式）にして、数値制御装置本体部（ＣＮＣ本体部）から離れた場所からでも、無線通信によって手動パルス送りをすることができる技術が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

そして、無線通信によって数値制御装置本体部に送られたパルス数に応じて、工作機械の駆動軸におけるテーブルが所定の距離だけ移動するようになっている。

特開平０３−１６６６０６号公報

ところで、上記１．の態様では、表示したい画面を選択するキーを捜して押す必要があり、表示画面から目を離す必要がある。また、大型機械ではワークから表示器までの距離が長く、オペレータが移動するか、可般式のペンダントを別途設ける必要がある。

また、上記２．の態様では、油で汚れた手や手袋で表示画面に触れることになり、画面が汚れてしまう。

また、上記３．の態様では、手動パルス発生器等が必要であるので、装置の構成が煩雑になりコストが上昇してしまうという問題がある。また、ＭＰＧをオペレタータが加工対象であるワークの付近まで搬送する必要があり、オペレータに疲労が蓄積してしまうという問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、簡素な構成でしかもオペレータに疲労が蓄積することを防止することができるパルス発生装置および数値制御装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、対象物を撮影する撮影部と、前記撮影部で撮影した対象物の動作に応じてパルスを発生するパルス発生部とを有するパルス発生装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のパルス発生装置において、前記撮影部で撮影する対象物の動作は、人のジェスチャであるパルス発生装置である。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のパルス発生装置において、前記撮影部で撮影する対象物の動作は、人の体の一部の部位の回転動作、人の体の一部の部位の往復動作のうちの少なくともいずれかであるパルス発生装置である。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のパルス発生装置において、前記撮影部で撮影する対象物の動作は、人の腕から先の部分の動作、もしくは、人の手首から先の部分の動作であるパルス発生装置である。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のパルス発生装置と、情報を表示する情報表示部とを備えた数値制御装置であって、前記撮影部が、前記情報表示部が設けられている数値制御装置の本体部から分離されている数値制御装置である。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の数値制御装置は、複数の駆動軸を備えた制御対象を制御するものであって、駆動軸選択部を備えており、前記駆動軸選択部は、前記撮影部で撮影した対象物そのもの、前記撮影部で撮影した対象物の動作の少なくともいずれかに応じて、前記各駆動軸のうちのいずれの駆動軸を制御するかの選択をするように構成されており、前記駆動軸選択部で選択された駆動軸が、前記パルス発生装置が発生したパルス数に応じて動作するよう構成されている数値制御装置である。

請求項７に記載の発明は、複数の駆動軸を備えた制御対象を制御する数値制御装置であって、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のパルス発生装置と、情報を表示する情報表示部と、駆動軸選択部とを備えており、前記駆動軸選択部は、前記撮影部で撮影した対象物そのもの、前記撮影部で撮影した対象物の動作の少なくともいずれかに応じて、前記各駆動軸のうちのいずれの駆動軸を制御するかの選択をするように構成されており、前記駆動軸選択部で選択された駆動軸が、前記パルス発生装置が発生したパルス数に応じて動作するよう構成されている数値制御装置である。

本発明によれば、簡素な構成でしかもオペレータに疲労が蓄積することを防止することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態に係る数値制御装置の正面図である。 本発明の実施形態に係る数値制御装置の本体部の概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る数値制御装置の動作を示す図である。 人の動作を示す図である。 変形例に係る数値制御装置を示す図である。

本発明の実施形態に係る数値制御装置１は、たとえば、ＣＰＵを用いて、複数の駆動軸を備えた制御対象（ワークを加工する工作機械等；図示せず）を制御するものであり、パルス発生装置３と情報表示部（ＬＣＤ等で構成された情報表示部）４とを備えて構成されている。

パルス発生装置３は、撮影部５とパルス発生部７とを備えて構成されている。撮影部５は、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳセンサを使用したカメラ等のカメラで構成されている。

パルス発生部７は、撮影部５で撮影した対象物（撮影対象）の動作の映像に応じてパルス（たとえば、三角波状や矩形波状等の信号のように、時刻の経過にともなって一定パターンの急峻な変化を短い周期で繰り返す信号）を発生するものである。

撮影部５で撮影する対象物の動作として、人（たとえばオペレータ）Ｐのジェスチャ（Ｇｅｓｔｕｒｅ；他の人に何かを伝えるためにする身振り手振りのことであり、人間の意志の伝達方法として、たとえば言葉とともに使用されるものである。）が採用されるようになっている。

また、撮影部５で撮影する対象物の動作として、人Ｐの体の一部の部位の回転動作（回転運動）、人Ｐの体の一部の部位の往復動作（往復運動）のうちの少なくともいずれかが採用されるようになっている。

さらに、撮影部５で撮影する対象物の動作として、人Ｐの腕から先の部分の動作（運動）、もしくは、人Ｐの手首から先の部分の動作（運動）が採用されるようになっている。

また、数値制御装置１には、駆動軸選択部９が設けられている。駆動軸選択部９は、たとえば、撮影部５で撮影した対象物そのもの、撮影部５で撮影した対象物の動作の態様の少なくともいずれかに応じて、工作機械の各駆動軸のうちのいずれの駆動軸を制御するかの選択をするように構成されている。

そして、駆動軸選択部９で選択された駆動軸が、パルス発生装置３が発生したパルス数に応じて動作するよう構成されている。

なお、数値制御装置１において、パルス発生部７が発生したパルスによって駆動軸を駆動する前に、パルス発生部７が発したパルスに応じた駆動軸における移動体（たとえば工作機械のＸ軸テーブル）の移動量を、情報表示部４で表示するように構成されていてもよい。

そして、駆動軸における移動体の移動量を情報表示部４で表示した後、撮影部５で撮影した対象物そのもの（動作には関係ない撮影対象。たとえば、手、腕、さらには、ボールペンやレンチ等の工具そのもの；撮影された対象物の種類の映像）、撮影部５で撮影した対象物の動作の態様（たとえば、指の回転、往復運動等の映像）の少なくともいずれかに応じて、移動体を実際に移動するようにしてもよい。

なお、パルス数を発生させる対象物の動作と、駆動軸を選択する対象物やその動作と、移動体の動作を開始する対象物やその動作とは、当然のこととして、お互いが異なっている。

数値制御装置１について例を掲げてさらに詳しく説明する。

数値制御装置１は、数値制御装置の本体部１１と撮影部５とを備えて構成されている。撮影部５は、数値制御装置の本体部１１の筐体１７の前面に設けられおり、筐体１７前方の対象物（たとえば、人Ｐ）を撮影するようになっている（図１参照）。

なお、図１に参照符号１９で示されているものは、ファンクションキーであり、参照符号２１で示されているものは、テンキーやアルファベットキーである。

また、数値制御装置１には、図２で示すようにサーボアンプ１３（１３Ａ，１３Ｂ）とサーボモータ１５（１５Ａ，１５Ｂ）とが接続されている。

そして、数値制御装置１から送られてきた制御信号がサーボアンプ１３を介してサーボモータ１５に入力され、サーボモータ１５が駆動するようになっている。サーボモータ１５には、ロータリエンコーダ（図示せず）が設けられており、サーボモータ１５の回転出力軸の回転角度を示す信号が、ロータリエンコーダから数値制御装置１に入力され、サーボモータ１５でのフィードバック制御がされるようになっている。

数値制御装置の本体部１１には、動画撮影処理部２３と動画メモリ２５と動画解析部２７と軸駆動パルス計算部２９と補間・分配処理部３１と加工プログラムメモリ３３と加工プログラム解析部３５とサーボ制御部３７（３７Ａ，３７Ｂ）と駆動軸選択部９とが設けられている。

なお、上記説明では、駆動軸選択部９が、撮影部５で撮影した対象物等に応じて、駆動軸を選択するようにしているが、撮影部５を用いない別のもので駆動軸選択部９を構成してもよい。すなわち、図１に示すキー２１によって、駆動軸選択部９を構成してもよい。

所定のワークの切削加工を自動で行うとき、数値制御装置１は、加工プログラムメモリ３３に予め格納されている加工プログラムの信号を加工プログラム解析部３５に送り、加工プログラム解析部３５から、加工プログラムに対応した信号を補間・分配処理部３１に送り、補間・分配処理部３１から、加工プログラムに対応した信号をサーボ制御部３７とサーボアンプ１３とを介してサーボモータ１５に送り、サーボモータ１５が、加工プログラム対応した動作をするようになっている。

一方、手動モード等において、パルス発生装置３によって、駆動軸（サーボモータ１５）を動かすときには、カメラ５で人Ｐの動作を撮影し、この撮影された映像に応じた信号を動画撮影処理部２３に送るようになっている。

動画撮影処理部２３で画像処理された信号は、動画メモリ２５に一旦格納されるようになっている。動画メモリ２５に一旦格納された信号は動画解析部２７に送られて、人Ｐの動作の解析がなされるようになっている。

解析がなされた信号が、軸駆動パルス計算部２９に送られ軸駆動パルス計算部２９でパルス（パルス数）の計算がなされるようになっている。

軸駆動パルス計算部２９で計算されたパルスの信号が補間・分配処理部３１とサーボ制御部３７とサーボアンプ１３とを介してサーボモータ１５に送られ、サーボモータ１５が、パルスに対応した動作をするようになっている。

なお、駆動軸選択部９で、駆動軸（サーボモータ１５）の選択が予めなされているので、実際には、選択されたサーボモータ（たとえばサーボモータ１５Ａ）のみが、パルスに対応して駆動する７ようになっている。

ところで、数値制御装置１では、パルス発生装置３による駆動軸（サーボモータ１５）の送りにおいて、送り倍率を設定することができるようになっている。送り倍率を設定すると、たとえば、元来１０個の三角波のパルスが連続して出力されるべきであったにもかかわらず、１０倍の１００個、もしくは１００倍の１０００個の三角波のパルスが連続して出力されるようになっている。

送り倍率を設定は、たとえば、図示しないキーやロータリスイッチによってなされるようになっている。

なお、駆動軸を選択する場合等と同様にして、撮影部５で撮影した対象物等に応じて、送り倍率を設定するようにしてもよい。

すなわち、撮影部５で撮影した対象物そのもの（動作には関係ない撮影対象。たとえば、手、腕、さらには、ボールペンやレンチ等の工具そのもの；撮影された対象物の種類の映像）、撮影部５で撮影した対象物の動作の態様（たとえば、指の回転、往復運動等の映像）の少なくともいずれかに応じて、パルス発生部７で発生するパルスの倍率（信号の振動回数）が変化するように構成されていてもよい。

また、パルス発生部７で発生したパルスの倍率を変えるパルス倍率変換部を設け、パルス発生部７が発生したパルスの倍率を、上記パルス倍率変換部で変えるように構成されていてもよい。

次に、パルス発生装置３によって駆動軸を駆動するときの数値制御装置１の動作について、図３を参照しつつ説明する。

まず、ＭＰＧ送りモードに設定されているか否かを判断する（Ｓ１）。ＭＰＧ送りモードになっていない場合には、処理を終了し（Ｓ３）、ＭＰＧ送りモードに設定されている場合には、駆動軸の選択がなされているが否かを判断する（Ｓ５）。

駆動軸の選択がなされている場合には、撮影部（カメラ）５により撮影対象の動作（人Ｐの動作）を撮影しながら、撮影した画像（映像）を解析し（Ｓ７）、この解析結果に基づいてパルス発生動作をするのかいないのかを判断する（Ｓ９）。

パルス発生動作をする場合には、パルス量を計算する（Ｓ１１）。たとえば、図４（ａ）で示すように、右手（右腕）を右肩を中心にして上下動で１往復させることで、１パルスを発生する（ｎ往復でｎパルス）。これにより、たとえば、Ｘ軸（駆動軸）のテーブルが１パルスに応じた距離だけプラス方向（たとえば右方向）に移動する。また、図４（ｂ）で示すように、左手を上下動で１往復させることで、１パルスを発生する。これにより、たとえば、Ｘ軸（駆動軸）のテーブルが１パルスに応じた距離だけマイナス方向（たとえば左方向）に移動する。

なお、腕を上下動することに代えてもしくは加えて、腕を回動させることでパスルを発生させてもよいし、手首を上下動や回動させることでパスルを発生させてもよいし、指の折り曲げ動作や回動動作によってパルスを発生させてもよい。さらに、腕を上下動すると同時に首を回動される等の組み合わせ動作で、パルスを発生させてもよい。

続いて、ステップＳ１１でパルス量を計算した後、別途設定されたＭＰＧ送り倍率を乗じて、駆動パルス量を算出する（Ｓ１３）。

ステップＳ１３で算出した駆動パルス量を駆動指令として、補間・分配処理部３１へ出力し（Ｓ１５）、選択された駆動軸を指令された量だけ移動する（Ｓ１７）。

ところで、数値制御装置１において、図５で示すように、撮影部５が、情報表示部４が設けられている数値制御装置の本体部１１から分離されており、数値制御装置の本体部１１に対して移動自在になっていてもよい。

この場合、数値制御装置１の制御対象である工作機械の非常停止スイッチが、撮影部５と一体化されている。これにより、想定外の動作が発生した場合、工作機械を緊急停止することができ、人Ｐの安全を確保することができる。

なお、撮影部（カメラ）５と、数値制御装置の本体部１１とは有線でお互いが接続されているが、無線通信や赤外線通信でお互いが接続されていてもよい。

図５で示すように数値制御装置１を構成した場合についてさらに説明する。

図５で示すような構成にした場合、撮影部５で対象物の動作を撮影するのであるが、撮影部５が数値制御装置の本体部１１から分離されていることで、対象物が動作していなくても（静止していても）、対象物に対してカメラ５が相対的に移動や回動をする（カメラ５が動く）ことで対象物が動作したと認識されてしまう場合がある。

このようにカメラ５が動いた場合であっても、カメラ５が静止状態にあって対象物が動作したものとみなしてもよい。換言すれば、対象物を動作させることに代えてもしくは加えてカメラ５を移動したり回動したりして対象物を撮影し、この撮影した映像を対象物が動作したときの映像とみなし、対象物の動作を認識してもよい。

または、上述したようにカメラ５が動いた場合、対象物が動作したものとみなさなくてもよい。この場合、対象物の基準部位（たとえば人Ｐの胴体）を予め決めおき、この基準部位に対して、対象物の動作部位（基準部位から離れる部位；たとえば人Ｐの腕）の位置がどうのように動いたかで、対象物の動作を認識してもよい。

さらには、カメラ５に加速度センサを取り付けることで、カメラ５が動いた場合でも、カメラ５が静止状態にあったとするような補正をしてもよい。

パルス発生装置３によれば、ロータリエンコーダ（たとえば、光学式のロータリエンコーダ）の代わりに、撮影部５で撮影した対象物Ｐの動作に応じてパルスを発生するパルス発生部７を備えているので、装置の構成が簡素になって装置が軽量化されて搬送しやすくなっており、オペレータに疲労が蓄積することを防止することができる。

また、ロータリエンコーダを備えて構成された手動パルス発生器を用い手動操作で機械の軸を駆動する代わりに、カメラ５と動画解析技術により機械の軸を駆動するので、パルス発生装置３の構成が簡素になっており、製造コストを低減することができる。

また、オペレータ（操作者）の動作を認識することができる距離の範囲内（撮影部の撮影範囲内）であれば、手ぶらでワークの加工位置までオペレータが近づき、軸を駆動することができるので、オペレータに疲労が蓄積することを防止することができる。

さらに、図５に示す構成では、手動パルス発生装置３が光学式のロータリエンコーダ等を使用している従来のものよりも軽くなっているので、オペレータ（操作者）の動作を認識することができる距離の範囲外であっても、軽量化された手動パルス発生装置３を搬送すればよいので、オペレータに疲労が蓄積することを防止することができる。

また、数値制御装置１によれば、撮影部５で撮影した対象物に応じて、パルス発生部７で発生するパルスの倍率を変えるように構成されているので、機械の軸を早送りしたい場合や微速送りしたい場合、これらの要求に対応することが容易になる。

また、パルス発生装置３によれば、撮影部５で撮影する対象物の動作が人のジェスチャであるので、器具等を別途用いることなく、手ぶらの状態でパルスを発生することができ、機械の軸を駆動することができる。

また、パルス発生装置３によれば、撮影部５で撮影する対象物の動作が、人Ｐの体の一部の部位の回転動作や人Ｐの体の一部の部位の往復動作であるので、訓練を受けていないオペレータのありきたりの運動でパルスを発生することができ、機械の軸を駆動することができる。

さらに、パルス発生装置３によれば、撮影部５で撮影する撮影対象が、人Ｐの腕から先の部分、もしくは、人Ｐの手首から先の部分の動作（運動）であるので、オペレータにとって正確な運動をすることができる部位によってパルスを発生することができ、機械の軸をより正確に駆動することができる。

また、数値制御装置１において、図５で示すように、撮影部５が、情報表示部４が設けられている数値制御装置の本体部１１から分離されている構成にすれば、より広い範囲で機械の軸を駆動することができる。

この場合、対象物Ｐの基準部位を予め決めおき、この基準部位に対して、対象物Ｐの動作部位の位置がどのように動いたかで、対象物Ｐの動作を認識するようにすれば、撮影部５が数値制御装置の本体部１１から分離されている構成においてカメラ５が動いた場合であっても、人の動作を的確に認識することで、誤作動を回避することができる。

また、数値制御装置１によれば、撮影部５で撮影した対象物Ｐに応じて、各駆動軸のうちのいずれの駆動軸を制御するかの選択をする駆動軸選択部９を備えているので、複数の駆動軸を備えた制御対象を制御する場合であっても、駆動する軸の選択をすることが容易になっている。

また、数値制御装置１によれば、駆動軸における移動体の移動量を情報表示部４で表示した後、撮影部５で撮影した対象物に応じて、駆動軸を移動するように構成されているので、オペレータＰの動作（所望のパスルを発生させるための動作）が誤ってなされた場合であっても、実際に軸を駆動する前に、上記誤りをしたまま軸を動かしてしまうという事態を無くすことができ、事故の発生等を回避することができる。

さらに、数値制御装置１において、駆動軸を選択する場合等と同様にして、撮影部５で撮影した対象物等に応じて、情報表示部（表示画面）４で表示する内容を切り換えるようにしてもよい。この場合、人Ｐのジェスチャを認識するので、人Ｐの動作と切り替え画面の関係とを表現することが容易になる。

１ 数値制御装置
３ パルス発生装置
４ 情報表示部
５ 撮影部
７ パルス発生部
９ 駆動軸選択部
Ｐ 対象物

Claims (7)

1. 対象物を撮影する撮影部と、
   前記撮影部で撮影した対象物の動作に応じてパルスを発生するパルス発生部と、
   を有することを特徴とするパルス発生装置。
2. 請求項１に記載のパルス発生装置において、
   前記撮影部で撮影する対象物の動作は、人のジェスチャであることを特徴とするパルス発生装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のパルス発生装置において、
   前記撮影部で撮影する対象物の動作は、人の体の一部の部位の回転動作、人の体の一部の部位の往復動作のうちの少なくともいずれかであることを特徴とするパルス発生装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のパルス発生装置において、
   前記撮影部で撮影する対象物の動作は、人の腕から先の部分の動作、もしくは、人の手首から先の部分の動作であることを特徴とするパルス発生装置。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のパルス発生装置と、情報を表示する情報表示部とを備えた数値制御装置であって、
   前記撮影部が、前記情報表示部が設けられている数値制御装置の本体部から分離されていることを特徴とする数値制御装置。
6. 請求項５に記載の数値制御装置は、複数の駆動軸を備えた制御対象を制御するものであって、駆動軸選択部を備えており、
   前記駆動軸選択部は、前記撮影部で撮影した対象物そのもの、前記撮影部で撮影した対象物の動作の少なくともいずれかに応じて、前記各駆動軸のうちのいずれの駆動軸を制御するかの選択をするように構成されており、
   前記駆動軸選択部で選択された駆動軸が、前記パルス発生装置が発生したパルス数に応じて動作するよう構成されていることを特徴とする数値制御装置。
7. 複数の駆動軸を備えた制御対象を制御する数値制御装置であって、
   請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のパルス発生装置と、情報を表示する情報表示部と、駆動軸選択部とを備えており、
   前記駆動軸選択部は、前記撮影部で撮影した対象物そのもの、前記撮影部で撮影した対象物の動作の少なくともいずれかに応じて、前記各駆動軸のうちのいずれの駆動軸を制御するかの選択をするように構成されており、
   前記駆動軸選択部で選択された駆動軸が、前記パルス発生装置が発生したパルス数に応じて動作するよう構成されていることを特徴とする数値制御装置。

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