JP2014503368A - 工作機械を操縦するための支援システム - Google Patents

Abstract

本発明は、工作機械を操縦するためのシステムに関し、詳細には工作機械のオペレータに情報を表示するシステムに関する。このようなシステムは、手動制御される切削工具を備える。このシステムは、切削工具によって被加工物上に作製される所望の切削面のモデルを定義するデータを受信する。このシステムはさらに、少なくとも２次元での切削工具の現在位置に関するデータを受信する。プロセッサが、受信データから表示を生成する。この表示は、作製される所望の切削面、および所望の切削面に対する切削工具の現在位置での切削工具アイコンを示す。この表示はまた、切削工具の現在位置または移動方向のいずれかと所望の切削面との間での現在の誤差の指示を示す。オペレータが、既存システムと同様に、被加工物、図面、およびデジタル読出しを同時に見ることは必要ない。
【選択図】図２

Description

本発明は、工作機械を操縦するためのシステムに関し、詳細には工作機械のオペレータに情報を表示するシステムに関する。

様々な速度、経済的要求、および他の環境において材料を切削して様々な形状にする、数多くの異なる工具が存在する。これらの工具は、鋏や手鋸などの手工具から、モータが切削力を供給することを特徴とする動力工具にまで及ぶ。動力工具はさらに、電気ハンド・ヘルド・ドリルまたはチェーン・ソーなどのハンド・ヘルド動力工具、および、ミリング・マシン、旋盤、プラズマ・カッタなど据置き型の動力工具に分類される。据置き型動力工具は普通、工作機械と呼ばれる。これらは、動力駆動の切削工具を備え、被加工物に対して移動し、この被加工物から材料の一部分を削り取る。

被加工物と工具の間のこの相対的な動きは、工作機械を操縦するオペレータまたは計算機数値制御（ＣＮＣ）によって手動で制御されるか、それとも、数値制御（ＮＣ）されて、サーボ・モータなどのアクチュエータを制御して被加工物または切削工具を移動させ、所望の形状を作製する。

手動制御される工作機械の場合、オペレータは、ハード・コピー図面の形で仕様書を受け取り、次いで、その図面に示してある切削面を可能な限り正確に被加工物に再現することが求められる。既存のデジタル読出しシステムを用いる場合、制御装置は、数値表示装置から、被加工物に対する切削工具の現在の座標値を読み取る。互いに異なる軸での切削工具の動きが、別々の手の制御によって手動制御される。オペレータは、切削工具、被加工物、表示装置、図面を同時に観察しながら、これらの手の制御を使用することが求められる。満足な確度を実現するには、オペレータの熟練が必要となる。

第１の態様では、本発明は、手動制御される切削工具を備える工作機械を操縦するための支援システムにおいて、
切削工具によって被加工物上に作製される所望の切削面のモデルを定義するデータを受信するための第１のデータ・ポートと、
少なくとも２次元での切削工具の現在位置に関するデータを受信するための第２のデータ・ポートと、
作製される所望の切削面、所望の切削面に対する切削工具の現在位置での切削工具アイコン、および、
切削工具の現在位置または移動方向のいずれかと所望の切削面との間での現在の誤差の指示
を示す表示を受信データから生成するためのプロセッサと
を備える支援システムである。

本発明は、作製された切削面および現在の誤差とともに、所望の切削面をグラフィカルに表示する支援システムを提供する。オペレータはこの表示を利用することができ、本発明によれば、この表示は必要な情報を全て表示する。したがって、オペレータが、既存システムと同様に、被加工物、図面、およびデジタル読出し（ＤＲＯ）を同時に見る必要はない。スクリーンには以前オペレータが利用できなかった情報が表示されることが示してある。その結果、この支援システムにより、オペレータは、従来型の読出しシステムと比較して、より短時間で複雑な機械操作における確度と再現性を改善できるようになる。

この支援システムにより、手動工作機械でどのような作業を実現できるのかの可能性が広がる。これにより、金銭、専門知識、空間のない会社／オペレータが、より競争力の高いＣＮＣにアップグレードできるようになる。

ＣＮＣマシニング・センタの平均コストにおいて、この支援システムは、ＣＮＣと比較して必要となる最低限の訓練を含めて１／５０の価格になるはずである。

この支援システムにより、オペレータによる工作機械の制御を改善することが可能になる。

第２の態様では、本発明は、手動制御される切削工具を備える工作機械を操縦するための方法において、
切削工具によって被加工物上に作製される所望の切削面のモデルを定義するデータを受信するステップと、
少なくとも２次元での切削工具の現在位置に関するデータを受信するステップと、
作製される所望の切削面、所望の切削面に対する切削工具の現在位置、および、
切削工具の測定された位置または移動方向のいずれかと所望の切削面との間での現在の誤差の指示
を示す表示を生成するステップと
を含む方法である。

第３の態様では、本発明は、手動制御される切削工具、および工作機械を操縦するための支援システムを備える工作機械において、この支援システムが、
切削工具によって被加工物上に作製される所望の切削面のモデルを定義するデータを受信するための第１のデータ・ポートと、
少なくとも２次元での切削工具の現在位置に関するデータを受信するための第２のデータ・ポートと、
作製される所望の切削面、所望の切削面に対する切削工具の現在位置での切削工具アイコン、および、
切削工具の現在位置または移動方向のいずれかと所望の切削面との間での現在の誤差の指示
を示す表示を受信データから生成するためのプロセッサと
を備える工作機械である。

第４の態様では、本発明はソフトウェアであり、このソフトウェアは、コンピュータにインストールされると、この方法をコンピュータに実行させる。

切削工具によって被加工物上に作製される所望の切削面のモデルを定義するデータは、図面の表示でもよい。

切削工具によって被加工物上に作製される所望の切削面のモデルを定義するデータは、切削工具の位置データでもよい。

第１のデータ・ポートと第２のデータ・ポートを結合して単一のポートにしてもよい。

表示はまた、現在の送り速度の指示を示す。

表示はまた、現在の送り速度と所定の送り速度の間の誤差の指示を示してもよい。

表示はまた、所望の切削面に対する、視覚的に強調または拡大された切削工具の偏位を示してもよい。

表示はまた、所望の切削面および作製された切削面の拡大領域を示してもよい。

表示はまた、所望の切削面に戻る、滑らかな方向の切削経路を示してもよい。

表示はまた、被加工物に対する切削工具の履歴経路を示してもよい。

表示はまた、切削工具の測定された現在位置の数値を示してもよい。

所望の切削面は、１つもしくは複数の、ラインまたはポイントの形状でもよい。

表示はまた、所定のポイントからの切削工具の距離を示してもよい。

表示はまた、停止アイコンを示してもよく、所定のポイントから停止アイコンまでの距離は、その所定のポイントから切削工具までの距離に基づいている。

表示は、受信データにおける更新値から周期的に生成してもよい。

第２のデータ・ポートは、リニア・エンコーダまたはロータリ・エンコーダからの信号を受信し、その情報が支援システムによって必要とされているとき、ＵＳＢ（ユニバーサル・シリアル・バス）を介してデータのパケットをプロセッサに送るための、高速データ取得装置に接続されたＵＳＢポートでもよい。

工作機械は、ミリング・マシン、プラズマ・カッタ、穿孔器、ドリル、ラジアルボール盤、旋盤、木工機械、プラスチック・カッタ、または布カッタでもよい。

被加工物の材料は、金属、木材、プラスチック、または布でもよい。

現在の誤差の指示の概観は、切削工具の現在位置が所望の切削面を横切ったかどうかに基づいてもよい。

現在の誤差の指示は、所定の公差の指示を含んでもよい。

現在の誤差の指示は、マーカおよび目盛りを含んでもよく、目盛りに対するマーカの位置は、誤差に基づいてもよい。

次に、添付図面を参照しながら、本発明の各例を説明する。

ミリング・マシンを示す図である。 工作機械を操縦するための支援システムのハードウェア構成要素を示す図である。 切削工具が所望の切削面のラインをなぞっているときのグラフィカルな表示を示す図である。 切削工具が所望の切削面のラインから外れているときの表示を示す図である。 所望の切削面のラインからの切削工具のオフセットが明示され、切削工具が所望のラインから外れているときの表示を示す図である。 方向矢印が所望の切削面に戻る方向を指しているときの、表示の別の例を示す図である。 オペレータが、所望の切削面の湾曲部に接近し、それをなぞるために、高倍率ズームを選択した場合の別の例を示す図である。 指定された位置で孔を開けるための表示を示す図である。 孔を開けるための表示の第２の例を示す図である。 切削工具が所望の切削面のラインをなぞっていて、鋭角部分に近づいているときの表示を示す図である。

図１ａには、基台１０１および基台１０１上に立つ支柱１０２を備えるミリング・マシン１００が示してある。オーバ・アーム１０３が支柱１０２の上部から延在し、スピンドル１０４を保持し、このスピンドルがオーバ・アーム１０３から下側に向いており、切削工具１０５を受ける。レバー１０６が、オーバ・アーム１０３の側部に、回転可能なように取り付けられている。テーブル１１１が、切削工具１０５の下に位置しており、サドル１１２に摺動可能なように係合し、ｘ軸およびｙ軸の方向に移動可能である。サドル１１２は、ニー１１３上に取り付けられ、このニーは基台１０１に固定され、ｚ軸方向に移動可能である。テーブル送り用のハンド・ホイール１２１が、テーブル１１１の下から延在している。横送りハンド・ホイール１２２および垂直送りクランク１２３が、ニー１１３から延在している。タッチ・スクリーン１３０が、オーバ・アーム１０３に取り付けられており、被加工物１４０がテーブル１１１に固定されている。

動作にあたっては、スピンドルおよび切削工具は、ミリング・マシン１００の内部にある電気モータ（図示せず）によって駆動されて回転する。オペレータは、ハンド・ホイール１２１および１２２、ならびにクランク１２３を使用して、テーブルの位置およびレバー１０６を調整し、切削工具の位置を下げる。

テーブルは、３次元で調整することができる。テーブル送りハンド・ホイール１２１を使用してｘ方向の位置を調整し、横送りハンド・ホイール１２２を使用してｙ方向の位置を調整し、垂直送りクランク１２３を使用してｚ方向の位置を調整する。オペレータは、所望の切削深さに達するまで、回転する切削工具１０５の方に上方へ被加工物を移動させる。次いで、オペレータは、被加工物上で切削工具１０４を操縦して、所望の形状を作製する。オペレータはまた、最初に被加工物１４０を切削工具１０５の下に配置し、次いで、レバー１０６を回転させて、被加工物１４０の方に下方へ切削工具１０５を駆動する。

ｘ、ｙ、およびｚ方向の被加工物の現在位置は、ライン・エンコーダ（図示せず）によって測定され、位置データがタッチ・スクリーン１３０上に表示される。

現在利用可能なデジタル読出し（ＤＲＯ）システムは、表示上に数字の形式で被加工物の現在位置を示す。被加工物を１方向にのみ移動させるときは、これが有用である。しかし、形状が複雑な切削面は、３軸のいずれとも平行ではない方向を含む。したがって、オペレータは、２つ以上のハンド・ホイールを同時に操作する必要がある。具体的には、垂直送りクランク１２３によるフライス削りの深さを変更することなく、テーブル送りハンド・ホイール１２１と横送りハンド・ホイール１２２を同時に操作することがごく一般的である。オペレータは、被加工物１４０上を切削工具１０５がどのように進むかを絶えず観察し、なぞるための罫描き線など何らかのマーカを被加工物１４０に付けてもよい。さらに、オペレータはまた、位置情報の表示を読み取り、この情報を仕様書に関連付けて、確実に要求を満たす。数値だけしか利用できないので、被加工物１４０上を切削工具１０５が現在なぞっている経路が要求に従っているかどうか、オペレータが判定するのは難しい。

したがって、本発明は、以下に説明するように、被加工物１４０上の切削工具１０５の所望の経路のコンピュータ・モデルとともに、作製された切削面、および、現在位置または移動方向の誤差のコンピュータ・モデルをグラフィカルに表示する支援システムを提供する。オペレータはこの表示を完全に利用することができ、本発明によれば、この表示は必要な情報を全て表示する。したがって、オペレータは、被加工物１４０、図面、およびスクリーン１３０を同時に見る必要がない。スクリーンには、以前オペレータが利用できなかった情報が表示される。その結果、この支援システムにより、オペレータは、従来型のＤＲＯと比較して、より短時間で複雑な機械操作における確度と再現性を改善できるようになる。

図１ｂには、コンピュータ・システム１３２およびタッチ・スクリーン１３０を備える、工作機械を操縦するための支援システムのハードウェア構成要素が示してある。コンピュータ・システム１３２はプロセッサ１３３を備え、このプロセッサは第１のデータ・ポート１３４および第２のデータ・ポート１３５に接続される。プロセッサはまた、メモリ１３８および表示ポート１３９に接続される。タッチ・スクリーン１３０は、表示ポート１３９に接続される。この例では、第１のポート１３４はイーサネット・ポートであり、第２のデータ・ポートはユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）データ・ポートである。このＵＳＢポートは、データ取得装置１５０に接続され、このデータ取得装置は、３つのエンコーダ１５１、１５２、および１５３に接続される。あるいは、プロセッサ１３３は、イーサネット・ポートおよびローカル・エリア・ネットワークを介してデータ取得装置に接続してもよい。さらなる代替例として、プロセッサ１３３は、それぞれのエンコーダについてプロセッサ１３３の１つのデータ・ポートを使用して、エンコーダに直接接続してもよい。プロセッサ１３３のこれらデータ・ポートはまた、エンコーダ１５１、１５２、および１５３からのアナログ信号を受信するための、アナログ／デジタル・コンバータを備える。

使用する際には、プロセッサ１３３は、メモリ１３８に記憶されているソフトウェアの命令下で動作する。プロセッサ１３３は、所望の切削面の図面の電子表示をイーサネット・ポート１３４から受信し、この図面をメモリ１３８に記憶する。次いで、プロセッサ１３３は、被加工物１４０上に作製される所望の切削面のコンピュータ・モデルを構築する。次いで、プロセッサ１３３は、高速データ取得装置からオン・デマンドでデータ・パケットを受信する。この高速データ取得装置は、エンコーダ１５１、１５２、および１５３からの信号を読み取って、それぞれｘ方向、ｙ方向、およびｚ方向での切削工具１０５の現在位置を提示する。プロセッサ１３３は、これらの値をメモリ１３６に記憶し、切削工具が被加工物１４０上に作製する切削面のコンピュータ・モデルを構築する。次いで、プロセッサ１３３は、タッチ・スクリーン１３０用の表示を生成して、作製される所望の切削面、所望の切削面に対する切削工具の現在の測定位置、作製された切削面、および、切削工具の測定位置または移動方向のいずれかと所望の切削面との間の現在の誤差の指示を示す。この表示はまた、タッチ・スクリーン１３０上にボタンを表す領域を含む。これらの領域でスクリーン１３０に触れることにより、オペレータは、スクリーン１３０上に表示されているボタンをアクティブにする。このようにして、以下でさらに詳細に説明するように、オペレータは表示を構成する。

以下の図には、様々な状況において使用する際の、提案の支援システムのいくつかの表示が示してある。この例では、オペレータは、製図用のソフトウェアを使用して、パーソナル・コンピュータ（ＰＣ）上に図面を作成した。オペレータは、図面を支援システムと互換性のあるフォーマットにエクスポートした後、ＰＣを支援システムのデータ・ポート１３４に接続する。この接続は、イーサネット・ケーブルまたは無線接続を介して確立してもよい。ＰＣおよび支援システムはまた、両方ともインターネットに接続してもよく、このインターネットを介して通信が確立される。

接続が確立すると、オペレータは、支援システムに図面をアップロードする。アップロード手順は、プロセッサ１３３がウェブサイトを提供することによって容易にすることができる。オペレータが支援システムのインターネット・アドレスを入力すると、このウェブサイトがＰＣによって表示される。ウェブサイトは、エクスポートされた図面のファイル名を入力するためのテキスト・フィールド、およびオペレータがクリックするとアップロードを開始するボタンを含む。ウェブサイトはまた、アップロードするファイルを選択するための、グラフィカル・ファイル・ブラウザを提供してもよい。別の例では、オペレータは、標準ＣＡＤソフトウェア、または特殊目的のリバース・エンジニアリング用ＣＡＤソフトウェアのいずれかによって、支援システム上に図面を直接作成する。これらのソフトウェアは両方とも、支援システム内に組み込まれる。図１ａに示すように、工作機械は手動制御装置を備える。これらの手動制御装置は、コンピュータ・マウスと同様の入力装置として使用されて、図面を作成および編集する。テンプレート片上に既に作成されている形状を再現するのに、これが特に有用である。このテンプレート片は、図１ａのテーブル１１１上に固定され、切削工具は、接触してこのテンプレート片を切断しないよう作動が停止される。オペレータは、テンプレート片の形状に沿って切削工具を移動させ、ＣＡＤフトウェアは、エンコーダから受信したデータから図面を作成し、この図面をメモリ１３６に記憶する。既存のテンプレート片から図面を作成した後、オペレータは、このテンプレート片をテーブル１１１から取り外す。

オペレータは、図面をアップロードまたは作成すると、テーブル１１１に被加工物１４０を固定し、図面から形状の作製を開始する。

図２の例では、オペレータは、タッチ・スクリーン１３０上の表示を観察しながら、推奨速度で正確に所望の切削面のラインをなぞる。タッチ・スクリーン１３０上の表示は、１０Ｈｚなど所定の更新頻度に従って、周期的に更新される。以下の例では、周期的に更新される表示のスナップショットが示してある。図２には、被加工物に作製する所望の切削面２０１のベクトル線表示、所望の切削面２０１に対する図１ａの切削工具１０５の測定位置を示す切削工具アイコン２０２、および、切削工具１０５によって取り除かれた材料である作製された切削面２０３の表示を含む、グラフィカルな表示２００が示してある。切削工具１０５の現在位置ｘの数値的なｘ座標表示２０４、切削工具の現在位置ｙの数値的なｙ座標表示２０５、および切削工具の直径表示２０６を含め、切削工具１０５についての情報がさらに表示される。表示２００はまた、方向矢印２１１、角度目盛り２１２、送り速度指示器２１３、および任意選択の送り速度マーカ２１４を有する、支援ウィジェット２１０を含む。この表示はまた、角度目盛り２１２の角度分解能の表示２２１、増加２２２、および減少２２３用の第１の構成インターフェース２２０、ならびに、所望の切削面２０１、作製された切削面２０３、および切削工具アイコン２０２の表示のズーム・レベルの表示２３１、拡大２３２、および縮小２３３用の第２の構成インターフェース２３０を含む。

図面が支援システムにアップロードされた後に、その図面から、ライン２０１の形での所望の切削面のコンピュータ・モデルが得られる。次いで、オペレータは、テーブル送りハンド・ホイール１２１および横送りハンド・ホイール１２２を操作することによって、切削工具１０５を操縦する。オペレータは、この表示を観察して、切削工具アイコン２０２が、所望の切削面２０１のラインに可能な限り接近して確実になぞるようにする。オペレータは、切削工具アイコン２０２の中心が、切削工具の半径分だけ所望の切削面２０１のラインから外れるよう維持する。この半径は直径表示２０６によって表示される値の半分である。以下では、このカッタの補償は、別段の指示がなければ、支援システムによって自動的に考慮される。オペレータは、現在利用可能な読出しシステムを使用して、ｘ座標表示２０４およびｙ座標表示２０５を読み取って、切削工具１０５の現在位置を得る。

所望の切削面２０１、切削工具アイコン２０２、および作製された切削面２０３のグラフィカルな表示、ならびに支援ウィジェット２１０により、オペレータは、切削工具１０５の現在の方向および速度について、既存のシステムよりも多くの情報が得られる。オペレータは、第２の構成インターフェース２３０の拡大ボタン２３２をアクティブにすることにより、コンピュータ・モデルの比較的小さい領域をより詳細に表示するためにズーム・レベルを変更してもよい。あるいは、オペレータは、コンピュータ・モデルの比較的大きい領域をより粗く表示するために、第２の構成インターフェース２３０の縮小ボタン２３３をアクティブにしてもよい。

方向矢印２１１は、切削工具２０２の現在の方向を示す。別の例では、この矢印は、所望の切削面からの距離を示す。方向矢印２１１の方向は、切削経路垂直オフセット・ツールを生成するアルゴリズムによって決定される。角度目盛り２１２は、目立つ中心マーカとまた両側への偏位度によって、最適な方向を示す。所望の切削面２０１が直線でない場合、オペレータが所望の切削面２０１に沿って切削工具１０５を操縦するとき、目立つ中心マーカが、所望の切削面の現在方向に従って回転する。オペレータは、支援ウィジェット２１０を観察し、ハンド・ホイール１２１および１２２を使用して、角度目盛り２１２の目立つマーカが示す方向に切削工具を操縦する。

オペレータが所望の切削面２０１を正確になぞる場合、方向矢印２１１は、角度目盛り２１２の目立つマーカを指す。一方で、オペレータが所望の切削面２０１から外れている場合、矢印２１１は方向を変えて、修正が必要であることをオペレータに通知する。オペレータは、作製された切削面２０３がどの程度正確に所望の切削面２０１をなぞっているか、その表示から定性的かつ定量的に決定することができる。カッタが所望の切削面からかなり外れており、その結果、角度目盛り２１２上のマーカが移動量を示すことができない場合、支援システムは、アイコンを回転させて、オペレータに所望の切削経路２０１まで戻るよう案内する。

オペレータは、第１の構成インターフェース２２０を使用して、角度目盛り２１２の解像度を調整する。第１の粗い切削では、確度は主な問題ではなく、オペレータは、増加ボタン２２２をアクティブにすることにより、１：１以上のスケールなど、角度目盛り２１２の解像度を粗いレベルに設定する。解像度表示２２１は、角度目盛りの現在の解像度を示す。解像度が粗くなる結果として、方向矢印２１１は、偏位が小さい場合のより小さい偏位度へと方向を変える。オペレータは、所望の切削面２０１からの大きな偏位には気づくが、小さい偏位はほとんど分からない。微細な型彫りなど、より正確に切削するために、オペレータは、減少ボタン２２３をアクティブにすることにより、角度目盛りの解像度を０．０５ｍｍなど、より細かいレベルに設定する。このような細かい解像度を用いる場合、オペレータは、所望の切削面２０１からほんのわずか偏位したとき、方向矢印２１１の比較的大きい変化に気づく。偏位が大きいと、矢印は、角度目盛り２１２の境界にまで達することになる。

２２０の設定はまた、角度目盛り２１２の方向、距離、および曲率を調節し、切削経路を計算して、オペレータに所望の切削面２０１までカッタ１０５を移動させて戻すよう案内する。０．０５ｍｍの細かい設定により、所望の切削経路への思い切った戻り経路が作成されるが、切削経路への比較的滑らかな戻り経路は、０．１ｍｍの比較的粗い設定によって作成されることになる。

オペレータはまた、送り速度指示器２１３を観測して、被加工物１４０上の切削工具１０５の現在の送り速度の記録をとる。オペレータは、送り速度指示器２１３が、最適送り速度マーカ２１４に可能な限り近くなるよう維持しようと試みる。オペレータが、被加工物１４０上で切削工具１０５を非常に急速に操縦する場合、送り速度指示器２１３は、方向矢印２１１の先端部に向けて移動する。逆に、オペレータが非常にゆっくり移動させる場合、送り速度指示器２１３は、矢印２１１の基部に向けて移動する。図２の場合、オペレータは、まさに推奨速度で所望の切削面をなぞっている。本発明では、作製された切削面の確度は、被加工物を見ることなく、オペレータが絶えず評価している。表示には、所望の切削面をなぞるのに必要な、定量的かつ定性的な情報が示してある。

図３には、やはり表示２００が示してあるが、今回はオペレータが所望の切削面を正確になぞらなかった。表示２００には、切削工具アイコン２０２が、所望の切削面２０１からどのように外れているかが示してある。作製された切削面２０３と所望の切削面２０１の間には、ギャップが存在する。所望の切削面から外れる結果として、支援ウィジェット２１０の方向矢印２１１は、角度目盛りの目立つマーカを指すことはない。角度目盛り２１２が回転して、所望の切削面に戻る切削経路を作成した。オペレータは、切削工具１０５が最適方向からどの程度外れているのか、明確に判定することができる。前述の通り、方向矢印２１１は、解像度が細かいレベルに設定される場合には変化が比較的大きく、解像度が粗いレベルに設定される場合には変化が比較的小さい。次に、オペレータは、偏位を補償して、所望の切削面２０１により近づくように切削工具１０５を操縦する。この例では、送り速度指示器２１３はまた、最適送り速度マーカ２１４と位置が揃っていない。これにより、オペレータは非常に速く移動しており、速度を落として推奨送り速度に合致しなければならないことが示してある。

図４には、前述同様の表示２００が示してあるが、ここではオフセット表示４０７も含む。オフセット表示４０７での値は、所望のオフセットを表し、これは、最終切削経路と現在の切削経路の間の一定の距離である。したがって、オペレータは、所望の切削面を接近してなぞらないが、所望の切削面２０１からの切削工具アイコン２０２の距離を一定に保持する。この例では、オフセットは１．０ｍｍに設定されている。ここで、オペレータが、前の各図の場合よりも正確さに欠ける角度解像度を選択したことも分かる。解像度表示２２１には０．１の値が示してあり、その結果、角度目盛り２１２は、互いに近づいている比較的多くのマーカを含む。

前述の通り、オペレータは、方向矢印２１１で示す所望の方向から外れ、送り速度指示器２１３が示すように送り速度も高すぎる。次に、角度目盛り２１２は、図３の場合よりもゆっくり方向を変えて所望の切削面に戻る様子を示す。

図５には、表示２００の別の例が示してあり、支援ウィジェット２１０がわずかに異なる方式で動作する。オペレータは、所望の切削面２０１から外れているが、この例では、方向矢印２１１は、所望の切削面２０１に戻る方向を指している。支援ウィジェット２１０はまた、切削工具アイコン２０２の近傍に配置される。

角度目盛りは方向矢印よりもさらに回転し、方向矢印２１１の先端と角度目盛り２１２の目立つマーカとの間の距離が、所望の切削面から切削工具アイコン２０２までの距離を示す。解像度表示２２１によって表示されるように解像度の設定に従って、確度を上げるためにこの指示が増幅される。オペレータは、オペレータが所望の切削面２０１から外れているか、その切削面を正確になぞっているかにかかわらず、方向矢印２１１をなぞることができる。理想的な場合、オペレータが所望の切削面２０１を正確になぞっているとき、方向矢印２１１は、所望の切削面２０１に平行であり、角度目盛り２１２の目立つマーカを指す。

方向矢印２１１と角度目盛り２１２の両方が回転する際の中心点は、切削工具アイコン２０２の中心にある。その結果、方向矢印２１１は、切削工具アイコン２０２から外れた方向を常に指し、オペレータがなぞるのは容易である。

ほとんどの用途では、被加工物から離れる向きでの所望の切削面２０１からの偏位は、被加工物に向かう偏位よりは致命的ではない。被加工物に入り込む危険性を示すため、被加工物に切り込んでいる状態を示すマーカには赤など独特の色を付けるよう、角度目盛りのマーカにカラーコードを付けてもよい。図５の例では、中心の目立つマーカから時計回りの方向に配置されているマーカは、赤に色付けされている。オペレータが、切削工具アイコン２０２を所望の切削面２０１上で移動させ、その結果、被加工物に極端に切り込むとき、方向矢印２１１は、赤など独特の色に変化する。

所望の切削面２０１からの距離が長すぎて、解像度の現在の設定では角度目盛り２１２によって示すことができない場合、角度目盛り２１２は表示２００から消える。

図５の例では、オペレータは、支援ウィジェット２１０に従って所望の切削面２０１に戻るよう切削工具アイコン２０２を操縦し、次いで、切削工具アイコン２０２が隅部５０１に達するまで所望の切削面２０１をなぞる。切削工具アイコン２０２は、この隅部上を移動するとき、オペレータが停止して急に方向を変更する必要のあるポイントに達する。このポイントにおいて、方向矢印２１１および角度目盛り２１２が回転し、方向矢印２１１は新規の方向を指す。この例では、この新規の方向は垂直下方である。

必然的に、オペレータは、方向が変化するまさにそのポイントで停止することはできないが、方向矢印２１１の変化に気づくまで、少しだけ水平に継続移動する。その場合には、方向矢印２１１は、所望の切削面に向けてわずかに回転して、水平方向に極端に移動しすぎた誤差を訂正するようオペレータを案内する。切削工具がその半径を超えて下方に移動する前に、オペレータが所望の切削面２０１に達する限り、所望の切削面２０１の隅部５０１は、依然として正確に切除されている。

図６には、オペレータが、所望の切削面２０１の湾曲部に接近し、それをなぞるために、高倍率ズームを選択した場合の別の例が示してある。このような高倍率ズームにおいては、前の図での方向矢印２１１は実際的ではないが、それというのも、主目的が所望の切削面２０１の方向をなぞることではなく、所望の切削面２０１に接近することだからである。図６には、切削工具アイコン２０２から所望の切削面２０１までの距離を示すための支援ウィジェット６１０が示してある。この支援ウィジェット６１０は、マーカ６１１および線形目盛り６１２を含む。この線形目盛り６１２は、切削工具アイコン２０２と所望の切削面２０１の間の距離を拡大したものを示す。

オペレータが、切削工具２０２で所望の切削面２０１に接近するにつれて、マーカ６１１が、線形目盛り６１２を下方に移動する。拡大することにより、マーカ６１１は、切削工具２０２より長い距離を移動する。これにより、オペレータによる、より正確な操縦が可能になる。切削工具２０２の縁部が所望の切削面２０１に正確に位置しているとき、マーカ６１１は、線形目盛り６１２の底部ラインと位置が合っている。オペレータが、所望の切削面２０１上でかなり離れて切削工具２０２を操縦する場合、マーカは、目盛り６１２の外側を移動し、オペレータに警告するよう色を変える。

線形目盛り６１２は、切削工具２０２に最も近い所望の切削面２０１上のポイントにおいて、所望の切削面２０１に対して垂直な方向、すなわち所望の切削面の接線に対して垂直な方向に延在する。その結果、所望の切削面２０１の湾曲部に沿ってオペレータが移動するにつれて、線形目盛り６１２が回転する。

切削についての数多くの仕様には、＋０．２／−０．１ｍｍなど公差の仕様、またはＨ７など公差精度の仕様が含まれる。再び図５を参照すると、角度目盛り２１２のセクタは、指定された公差内にある所望の切削面２０１の偏位を示す。このセクタに影を付けて、偏位がこの影付き領域内に留まらなければならないことをオペレータに示してもよい。同様に、図６を参照すると、線形目盛り６１２のセクションに影を付けて、高いズーム・レベルで所望の切削面２０１に接近するときの距離誤差についての公差を示してもよい。図５の方向矢印２１１および図６のマーカ６１１は、影付きのセクタまたはセクションの外側を移動する場合には色を変える。

図７には、オペレータを支援するための別の表示７００が示してある。この例では、タスクは、所望の切削面のラインをなぞることではなく、所定の位置で孔を開けることである。オペレータのプロセスは、オペレータが切削工具１０５を配置するときわずかに異なるが、この切削工具は被加工物１４０の上部に配置される。切削工具１０５が配置されると、オペレータは、垂直送りクランク１２３を操作することによって、被加工物１４０を切削工具１０５まで移動し、または、レバー１０６を操作することによって、切削工具１０５を被加工物１４０まで移動する。レバー１０６の回転運動は、４５度など一定の範囲に制限されており、それぞれの孔について、オペレータは、この範囲全体にわたってレバーを回転させる。その結果、切削工具は、下方に移動する度に同じ距離だけ移動し、したがって、切削工具１０５は、オペレータがレバーを回転させる度に一定の深さで孔を開ける。レバーを使用すると、オペレータは、切削工具をより高速に上下に移動させることができ、したがって、垂直送りクランク１２３を使用する場合よりも高速に孔を開けることができる。レバー１０６を作動させる前に、垂直送りクランク１２３を使用して被加工物を上下に移動させると、オペレータは、孔の深さを調整することができる。

切削工具アイコン２０２および支援ウィジェット２１０など前述の特徴のいくつかに加えて、表示７００は、孔７０１の所望の位置に対するマーカ、既に切削された孔７０３に対するマーカ、第１のプリエンプティブ・ストップ・アイコン（ｐｒｅ−ｅｍｐｔｉｖｅ ｓｔｏｐ ｉｃｏｎ）（ｘ−ＰＥＳＩ）７４１および第２のプリエンプティブ・ストップ・アイコン（ｙ−ＰＥＳＩ）７４２を含む。孔開けなどの作業では、カッタ補償が自動的に解除されることに留意されたい。

２つのＰＥＳＩには、所望の孔から切削工具１０５までの距離をオペレータに示す数字で注釈が付けられている。オペレータが孔の所望の位置まで切削工具１０５を操縦すると、両方の数字がゼロになり、各ＰＥＳＩがこの孔の位置で正確に交わる。この例では、オペレータは、テーブル送りハンド・ホイール１２１を使用して、切削工具１０５の現在のｘ位置と孔のｘ位置とを位置合わせする。したがって、ｘ−ＰＥＳＩ７４１は孔とオーバラップして０．０で注釈が付けられるが、このことは、テーブル送りハンド・ホイール１２１とのさらなる調節が必要ないことをオペレータに示している。ｙ−ＰＥＳＩ７４２は孔と位置が合っておらず、横送りハンド・ホイール１２２を使用して、切削工具２０２をさらにｙ軸の方向に配置する必要があることをオペレータに示す。

オペレータは、切削工具アイコン２０２を所望の孔に向けてさらに送るとき、ｙ−ＰＥＳＩ７４２も所望の孔に向けてどのように移動しているか、またｙ−ＰＥＳＩ７４２の注釈がどのように減少するかを観察する。ｙ−ＰＥＳＩ７４２も所望の孔と位置が合い、ｙ−ＰＥＳＩ７４２の注釈が０．０まで減少すると、オペレータは、切削工具１０５の動きを停止し、孔を切削するためにレバー１０６を作動させることにより、切削工具を被加工物まで下方に移動させる。ＰＥＳＩ７４１および７４２は、離れた場所から開始するとき、所望の位置に向けて切削工具アイコンよりも速く移動することに留意されたい。

この利点は、オペレータが、かなり粗いズーム・レベルを使用して、孔のアレイ全体を表示することができ、オペレータが切削工具アイコン２０２を孔の所望の位置により近接して配置するとすぐに、ＰＥＳＩ７４１および７４２が表示に現れることである。ＰＥＳＩ７４１および７４２の位置を観察して、オペレータは、下にある孔の表示より細かいズーム・レベルで、孔の所望の位置から切削工具２０２までの距離を決定する。その結果、所望の位置からの細かい偏位が可視化され、これは、現在のズーム・レベルにおいて他の方法では目に見えないはずである。

図８には、孔２０１などの孔を開けるための表示８００の第２の例が示してある。前述の例と同様に、表示８００は、孔の形での所望の切削面２０１、切削工具アイコン２０２、および切削工具アイコン２０２の中心に配置された支援ウィジェット８１０を含む。この例では、支援ウィジェット６１０は円形マーカ８１１および環状目盛り８１２を含む。図８で見て分かるように、環状目盛り８１２の中心と円形マーカ８１１の間の差は、切削工具アイコン２０２と孔２０１の中心との間の拡大距離である。

オペレータが、孔２０１に近づくよう切削工具２０２を操縦するとき、円形マーカ８１１は、環状目盛り８１２の中心に近づくよう移動する。円形マーカ８１１が環状目盛り８１２の中心に位置しているとき、孔２０１と切削工具アイコン２０２は位置が合っており、オペレータは、被加工物に向けてドリルを下げる。

図９には、やはり所望の切削面２０１を含む、さらに別の表示９００が示してあり、これは、ここで２つの直線セグメント９０１および９０１’、切削工具アイコン２０２、作製された切削面２０３、支援ウィジェット２１０、ならびにオフセット表示４０７から構成される。さらに、ＰＥＳＩ９４１が示してある。この例では、所望の切削面２０１は、２つのライン９０１と９０１’の間の鋭角部分を含み、その結果、円形の切削工具アイコン２０２は、所望の切削面２０１のラインを完全になぞることができない。切削工具アイコン２０２は、図に示す位置からライン９０１をなぞる場合、結局は、２つのラインがぶつかる曲がり角に達する前に、ライン９０１’に沿って切削するはずである。ライン９０１’から切削工具アイコン２０２までの距離が、まさにオフセット表示９０１に示すオフセット値であるとき、オペレータは、ライン９０１をなぞりながらライン９０１’に接近して停止する必要がある。オペレータは、切削工具アイコン２０２をライン９０１’に近づけるよう操縦すると、ＰＥＳＩ９４１が表示９００に現れて、ライン９０１’に接近していることをオペレータに警告することに気づく。この例では、支援ウィジェットが追跡していないラインを機械加工する前の１７ｍｍ以内に切削工具１０５があるときにこれが起きる。図５と同様に、ＰＥＳＩ９４１には、切削工具２０２とライン９０１’の間の距離が、所望の切削面２０１および切削工具２０２が示してあるレベルよりも細かいズーム・レベルで示してある。ライン９０１’に近づくよう切削工具２０２を操縦しながら、オペレータは、ＰＥＳＩ９４１を観察して、反対方向からラインに接近する。ＰＥＳＩ９４１の注釈が、この例では０．１ｍｍのオフセット値を示し、このＰＥＳＩがライン９０１’と位置が合うと、オペレータは、方向を変えてライン９０１’をなぞる。あるいは、オペレータは、切削工具２０２を直径のより小さい工具に替えて、ライン９０１と９０１’の間の鋭角部分にさらに入り込んでもよい。

提案されたシステムは、各図面および切削工具１０５の測定された現在位置から、自らＰＥＳＩの必要性を確定する。その結果、図面がミリング・マシンにロードされると、表示によって、被加工物の処理中に遭遇することになる任意の停止ポイントまたは曲がり角がオペレータに通知されるようになることが、オペレータにとって確実になり得る。

被加工物１４０のフライス削りか完了すると、作製された切削面２０３は、ベクトル・グラフィックスとして記憶され、１つの特定の被加工物１０４に関連付けられる。被加工物に対する切削ポイントまたは切削面の履歴経路は、品質アセスメントおよび品質監視のために、後で使用することができる。

前述の支援システムは、プラズマ・カッタ、穿孔器、ドリル、ラジアルボール盤、旋盤など様々なタイプの工作機械向けに同様に使用することができる。支援システムは、切削工具の現在位置を決定するために、入力としてベクトル図面としての所望の切削面の図面、およびリニア・エンコーダの出力を必要とする。デジタル読出し（ＤＲＯ）付きの機械には、既にリニア・エンコーダが組み込まれている。したがって、支援システムは、新規のＤＲＯ設置とともに、またはＤＲＯアップグレードとして設置してもよい。支援システムはまた、旋盤またはラジアルボール盤などの機械を改良工事することによって設置してもよい。もちろん、プラズマ・カッタ、木工機械、プラスチック・カッタ、布カッタなど新規の機械もまた、説明した支援システムを取り付けることができる。

広く記載された本発明の範囲から逸脱することなく、数多くの変形形態および／または修正形態を、具体的な実施形態において示した本発明に実施してもよいことが当業者には理解されよう。様々な技術を使用して、この開示の技法を実施してもよいことを理解されたい。たとえば、本明細書に記載の方法は、適切なコンピュータ読取り可能媒体にある、一連のコンピュータ実行可能命令で実施してもよい。適切なコンピュータ読取り可能媒体には、揮発性（たとえばＲＡＭ）および／または不揮発性（たとえばＲＯＭ、ディスク）のメモリ、搬送波、ならびに伝送媒体が含まれ得る。例示的な搬送波は、ローカル・ネットワークまたはインターネットなどの公衆アクセス可能なネットワークを介して、デジタル・データ・ストリームを運ぶ電気信号、電磁信号、または光信号の形をとってもよい。

具体的に別段の記載がない限り、以下の議論から明らかなように、説明全体を通して、「処理（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）」もしくは「コンピューティング（ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ）」もしくは「計算（ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ）」もしくは「構築（ｂｕｉｌｄｉｎｇ）」もしくは「予測（ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇ）」もしくは「評価（ｅｓｔｉｍａｔｉｎｇ）」もしくは「判定（ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ）」もしくは「表示（ｄｉｓｐｌａｙｉｎｇ）」もしくは「識別（ｉｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇ）」もしくは「受信（ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ）」などの用語を利用する議論では、コンピュータ・システムまたは同様の電子計算装置の動作および処理を指しており、これらの装置が、コンピュータ・システムのレジスタおよびメモリ内の物理的な（電子的な）量として表されたデータを処理し、コンピュータ・システムのメモリもしくはレジスタまたは他のこのような情報記憶装置、伝送装置もしくは表示装置内の物理量として同様に表される他のデータに変換すると考えられることも理解されたい。

したがって、これらの実施形態は、その全ての態様において、例示的なものであり、限定的なものではないと考えるべきである。

Claims (24)

1. 手動制御される切削工具を備える工作機械を操縦するための支援システムにおいて、
   前記切削工具によって被加工物上に作製される所望の切削面のモデルを定義するデータを受信するための第１のデータ・ポートと、
   少なくとも２次元での前記切削工具の現在位置に関するデータを受信するための第２のデータ・ポートと、
   作製される前記所望の切削面、前記所望の切削面に対する前記切削工具の前記現在位置での切削工具アイコン、および、
   前記切削工具の前記現在位置または移動方向のいずれかと前記所望の切削面との間での現在の誤差の指示
   を示す表示を前記受信データから生成するためのプロセッサと
   を備えることを特徴とする、支援システム。
2. 請求項１に記載の支援システムにおいて、前記切削工具によって被加工物上に作製される所望の切削面のモデルを定義する前記データが、図面の表示であることを特徴とする支援システム。
3. 請求項１または２に記載の支援システムにおいて、前記切削工具によって被加工物上に作製される所望の切削面のモデルを定義する前記データが、前記切削工具の位置データであることを特徴とする支援システム。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の支援システムにおいて、前記第１のデータ・ポートおよび第２のデータ・ポートが結合されて単一のポートになることを特徴とする支援システム。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の支援システムにおいて、前記表示がまた、現在の送り速度の指示を示すことを特徴とする支援システム。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の支援システムにおいて、前記表示がまた、前記現在の送り速度と所定の送り速度との間の誤差の指示を示すことを特徴とする支援システム。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の支援システムにおいて、前記表示がまた、前記所望の切削面に対する、視覚的に強調または拡大された前記切削工具の偏位を示すことを特徴とする支援システム。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の支援システムにおいて、前記表示がまた、前記所望の切削面および作製された切削面の拡大領域を示すことを特徴とする支援システム。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の支援システムにおいて、前記表示がまた、前記所望の切削面に戻る滑らかな方向の切削経路を示すことを特徴とする支援システム。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の支援システムにおいて、前記表示が、前記被加工物に対する前記切削工具の履歴経路を示すことを特徴とする支援システム。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の支援システムにおいて、前記表示がまた、前記切削工具の現在の測定位置の数値を示すことを特徴とする支援システム。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の支援システムにおいて、前記所望の切削面が、１つもしくは複数のラインまたはポイントの形状であることを特徴とする支援システム。
13. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載の支援システムにおいて、前記表示がまた、所定のポイントから前記切削工具までの距離を示すことを特徴とする支援システム。
14. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載の支援システムにおいて、前記表示がまた、停止アイコンを示し、所定のポイントからの前記停止アイコンまでの距離が、前記所定のポイントから前記切削工具までの前記距離に基づいていることを特徴とする支援システム。
15. 請求項１〜１４のいずれか一項に記載の支援システムにおいて、前記表示が、前記受信データにおける更新値から周期的に生成されることを特徴とする支援システム。
16. 請求項１〜１５のいずれか一項に記載の支援システムにおいて、前記第２のデータ・ポートが、リニア・エンコーダまたはロータリ・エンコーダからの信号を受信し、その情報が前記支援システムによって必要とされているとき、ＵＳＢ（ユニバーサル・シリアル・バス）を介してデータのパケットを前記プロセッサに送るための、高速データ取得装置に接続されたＵＳＢポートであることを特徴とする支援システム。
17. 請求項１〜１６のいずれか一項に記載の支援システムにおいて、前記工作機械が、ミリング・マシン、プラズマ・カッタ、穿孔器、ドリル、ラジアルボール盤、旋盤、木工機械、プラスチック・カッタ、または布カッタであることを特徴とする支援システム。
18. 請求項１〜１７のいずれか一項に記載の支援システムにおいて、前記被加工物の材料が、金属、木材、プラスチック、または布であることを特徴とする支援システム。
19. 請求項１〜１８のいずれか一項に記載の支援システムにおいて、前記現在の誤差の前記指示の概観は、前記切削工具の前記現在位置が前記所望の切削面を横切ったかどうかに基づくことを特徴とする支援システム。
20. 請求項１〜１９のいずれか一項に記載の支援システムにおいて、前記現在の誤差の前記指示が、所定の公差の指示を含むことを特徴とする支援システム。
21. 請求項１〜２０のいずれか一項に記載の支援システムにおいて、前記現在の誤差の前記指示が、マーカおよび目盛りを含み、前記目盛りに対する前記マーカの位置が前記誤差に基づくことを特徴とする支援システム。
22. 手動制御される切削工具を備える工作機械を操縦するための方法において、
    前記切削工具によって被加工物上に作製される所望の切削面のモデルを定義するデータを受信するステップと、
    少なくとも２次元での前記切削工具の現在位置に関するデータを受信するステップと、
    作製される前記所望の切削面、前記所望の切削面に対する前記切削工具の前記現在位置、および、
    前記切削工具の測定された位置または移動方向のいずれかと所望の切削面との間での現在の誤差の指示
    を示す表示を生成するステップと
    を含むことを特徴とする、方法。
23. 手動制御される切削工具、および工作機械を操縦するための支援システムを備える工作機械において、前記支援システムが、
    前記切削工具によって被加工物上に作製される所望の切削面のモデルを定義するデータを受信するための第１のデータ・ポートと、
    少なくとも２次元での前記切削工具の現在位置に関するデータを受信するための第２のデータ・ポートと、
    作製される前記所望の切削面、前記所望の切削面に対する前記切削工具の前記現在位置での切削工具アイコン、および、
    前記切削工具の前記現在位置または移動方向のいずれかと前記所望の切削面との間での現在の誤差の指示
    を示す表示を前記受信データから生成するためのプロセッサと
    を備えることを特徴とする、工作機械。
24. コンピュータにインストールされると、前記コンピュータが方法を実行できるようにすることを特徴とする、ソフトウェア。

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