JP2017102509A

JP2017102509A - カムデータ表示装置

Info

Publication number: JP2017102509A
Application number: JP2015232757A
Authority: JP
Inventors: 優輝大西; Yuki Onishi
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2015-11-30
Filing date: 2015-11-30
Publication date: 2017-06-08
Also published as: US20170153626A1; DE102016014182A1; CN106814203A

Abstract

【課題】カムシャフトの回転速度を考慮したカム形状データを表示できるカムデータ表示装置を提供する。
【解決手段】カムデータ表示装置は、電子カムの動作を波形表示するカムデータ表示装置であって、カムシャフトの位相と、追従軸変位と、を対応付けたカム形状データを記憶するカム形状データ記憶部と、前記カムシャフトの回転速度を取得するカムシャフト回転速度取得部と、前記カム形状データと、前記カムシャフトの回転速度と、に基づき、時間と前記追従軸の動作との関係を示す前記波形表示を生成する波形生成処理部と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、カムデータ表示装置に関し、特にカムシャフトの回転速度を考慮したカム形状データ表示手法に関する。

従来より、機械カムと同様の動作を電気的に実現する、電子カムが使用されている。電子カムでは、カムシャフト軸（マスタ軸）の位相に同期させて追従軸（スレーブ軸）の変位を定義することにより、ある形状を有する機械カムの動作を電気的に再現できる。ここで、カムシャフトの位相と追従軸の変位との対応関係を定義したデータをカム形状データという（図４）。カム形状データは、一般にカムデータ表示装置を用いて作成又は確認される。

例えば特許文献１には、カムシャフト位相（角度）と追従軸変位との対応関係をデータテーブルとして定義する構成が記載されている。この構成は、電子カムの同期動作を容易に作成できるという利点がある。

特開２００４−１１４１７６号公報

特許文献１に記載されているようなデータテーブルでは、一見して電子カムの動作を理解することが困難である。そこで、電子カムの動作を容易に理解するために、カムデータ表示装置においては、カム形状データを、カムシャフト位相と追従軸変位を２軸とするグラフに表し、波形表示することが行われている（図５）。

しかしながら、例えば機械がクランクなどの減速機構を搭載しているなど、カムシャフトの回転速度が位相により変化する場合、上述のカムシャフト位相と追従軸変位を２軸とする波形表示では、追従軸がどのような動作となるのかを理解することが困難である（図６）。

より具体的には、図５及び図６に示すような従来のカム形状データの波形表示では、カムシャフトの各位相における回転速度を把握できない。また、追従軸の変位の経時変化、追従軸の動作速度及び加速度の最大値及び最大となる位相などを把握できない。そのため、追従軸の速度や加速度が適切であるかの判断が難しく、カム形状データを修正した場合の速度および加速度の影響の予測が困難であるという問題がある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、カムシャフトの回転速度を考慮したカム形状データを表示できるカムデータ表示装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施の形態にかかるカムデータ表示装置は、電子カムの動作を波形表示するカムデータ表示装置であって、カムシャフトの位相と、追従軸変位と、を対応付けたカム形状データを記憶するカム形状データ記憶部と、前記カムシャフトの回転速度を取得するカムシャフト回転速度取得部と、前記カム形状データと、前記カムシャフトの回転速度と、に基づき、時間と前記追従軸の動作との関係を示す前記波形表示を生成する波形生成処理部と、を有するものである。

他の実施の形態にかかるカムデータ表示装置において、前記カムシャフトの回転速度は、前記位相に応じて変化する。

他の実施の形態にかかるカムデータ表示装置において、前記波形生成処理部は、時間と前記追従軸の変位との関係を示す前記波形表示を生成する。

他の実施の形態にかかるカムデータ表示装置において、前記波形生成処理部は、時間と前記追従軸の速度との関係を示す前記波形表示を生成する。

他の実施の形態にかかるカムデータ表示装置において、前記波形生成処理部は、時間と前記追従軸の加速度との関係を示す前記波形表示を生成する。

他の実施の形態にかかるカムデータ表示装置において、前記波形生成処理部は、時間と前記追従軸の加加速度との関係を示す前記波形表示を生成する。

他の実施の形態にかかるカムデータ表示装置において、前記回転速度取得部は、前記カムシャフトの回転速度として、実測値又は動作予定速度を取得する。

他の実施の形態にかかるカムデータ表示装置において、前記回転速度取得部は、前記カムシャフトの回転方向情報をさらに取得する。

他の実施の形態にかかるカムデータ表示装置において、前記波形生成処理部は、前記回転方向情報に基づき前記回転方向を判断し、前記回転方向が反転している場合、前記時間を示す軸を反転させた前記波形表示を生成する。

他の実施の形態にかかるカムデータ表示装置において、前記波形生成処理部は、前記回転方向情報に基づき前記回転方向を判断し、前記回転方向が回転途中で反転した場合、前記回転方向が反転した時点以後の前記時間を示す軸を反転させた前記波形表示を生成する。

他の実施の形態にかかるカムデータ表示装置において、前記波形生成処理部は、前記回転方向情報に基づき前記回転方向を判断し、前記回転方向に応じて異なる表示形態で前記波形表示を生成する。

他の実施の形態にかかるカムデータ表示装置において、前記回転速度取得部は、前記カムシャフトの回転開始時位相をさらに取得し、前記波形生成処理部は、前記回転開始時位相を時刻ゼロにあわせた前記波形表示を生成する。

本発明により、カムシャフトの回転速度を考慮したカム形状データを表示できるカムデータ表示装置を提供することができる。

本発明の実施の形態にかかるカムデータ表示装置１００が実施する処理を説明する図である。本発明の実施の形態にかかるカムデータ表示装置１００が実施する処理を説明する図である。本発明の実施の形態にかかるカムデータ表示装置１００が生成する波形表示の一例を示す図である。従来のカム形状データの一例を示す図である。従来のカム形状データの波形表示の一例を示す図である。従来のカム形状データの波形表示の問題点を説明する図である。本発明の実施の形態にかかるカムデータ表示装置１００の構成を示す図である。本発明の実施の形態にかかるカムデータ表示装置１００がカムシャフトの構造に応じて生成する波形表示の例（１）を示す図である。本発明の実施の形態にかかるカムデータ表示装置１００がカムシャフトの構造に応じて生成する波形表示の例（２）を示す図である。本発明の実施の形態にかかるカムデータ表示装置１００がカムシャフトの構造に応じて生成する波形表示の例（３）を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。
図７は、本発明の実施の形態にかかるカムデータ表示装置１００の構成を示すブロック図である。カムデータ表示装置１００は、カム形状データ記憶部１０１、カムシャフト回転速度取得部１０３、波形生成処理部１０５、表示部１０７を有する。

カムデータ表示装置１００は、典型的にはパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等の情報処理装置である。カムデータ表示装置１００は、ＣＰＵが、記憶領域に格納されたプログラムに従って所定の処理を実行することにより、種々の処理部を論理的に実現する。

カム形状データ記憶部１０１は、カムシャフトの位相と、追従軸の変位とを対応付けたカム形状データを記憶する。カム形状データは、典型的には、図４又は図５に示すようなテーブルの形式で定義される。

カムシャフト回転速度取得部１０３は、カムシャフトの運転用データ又は実測データから、各位相におけるカムシャフトの回転速度を取得する。例えば、位相０°から３５９°まで、１°毎に、その位相における回転速度を取得する。

また、カムシャフト回転速度取得部１０３は、各位相間の実行時間を算出する。例えば、位相０°から３５９°まで、１°毎に、カムシャフトが次の位相に遷移するまでの経過時間を算出していく。そして、カムシャフト回転速度取得部１０３は、各位相における回転速度と実行時間とを対応付けて記憶する。

波形生成処理部１０５は、カム形状データ記憶部１０１が記憶しているカム形状データに基づいて、追従軸の動きを示す種々の波形を生成する処理を行う。ここで、当該波形は、時間軸を用いて生成される点に特徴がある。

従来の手法では、図１の左側に示すように、カムシャフトの位相を横軸としてカム形状データを波形表示していた。しかし、この波形からは、各位相間（Ｎ−１からＮ、ＮからＮ＋１）の実行時間、ひいては速度や加速度を読み取ることができない。一方、波形生成処理部１０５は、図１の右側に示すように、例えば時間を横軸とし、追従軸変位を縦軸としてカム形状データを波形表示する。これにより、例えば各位相間（Ｎ−１からＮ、ＮからＮ＋１）の実行時間（Ｔ_Ｎ、Ｔ_Ｎ＋１）を読み取ることができる。

この波形生成処理についてさらに具体的に説明する。波形生成処理部１０５は、カムシャフト回転速度取得部１０３から、位相Ｎ−１におけるカムシャフト回転速度Ａ（ｒｅｖ／ｍｉｎ）、及び位相Ｎにおけるカムシャフト回転速度Ｂ（ｒｅｖ／ｍｉｎ）を取得する。すると、波形生成処理部１０５は、位相Ｎ−１からＮまでの実行時間Ｔ_Ｎ、及び位相ＮからＮ＋１までの実行時間Ｔ_Ｎ＋１を、式１及び式２によりそれぞれ計算できる。

Ｔ_Ｎ＝１／（Ａ÷６０×３６０）・・・式１
Ｔ_Ｎ＋１＝１／（Ｂ÷６０×３６０）・・・式２

また、波形生成処理部１０５は、カム形状データ記憶部１０１から、位相Ｎ−１、Ｎ、Ｎ＋１における追従軸変位をそれぞれ取得する。そして、波形生成処理部１０５は、時間を横軸とし、追従軸変位を縦軸とする座標平面上に、位相Ｎ−１、Ｎ、Ｎ＋１における値をそれぞれプロットする。これにより、図１の右側に示す波形を生成できる。

表示部１０７は、波形生成処理部１０５が生成した波形を、ディスプレイデバイス等に表示する処理を行う。

＜実施例＞
本発明のカムデータ表示装置１００の一実施例として、カムシャフトが、位相０°から１８０°までは６０（ｒｅｖ／ｍｉｎ）、１８０°から３６０°までは２０（ｒｅｖ／ｍｉｎ）と回転速度を変えて回転する場合の、カム形状データの波形表示手法を示す。

カム形状データ記憶部１０１は、図２に示すようなカム形状データを記憶しているものとする。なお、図２の左側のグラフは、このカム形状データを従来の手法により波形表示した例を示している。この従来例では、カムシャフトの位相を横軸にとっているため、時間経過に応じた追従軸の動作変化を把握することができない。

カムシャフト回転速度取得部１０３は、カムシャフトの運転用データ又は実測データに基づき、図２に示すような各位相における回転速度を取得する。この例では、回転速度は、位相０°から１８０°までは６０（ｒｅｖ／ｍｉｎ）、１８０°から３６０°までは２０（ｒｅｖ／ｍｉｎ）である。これに基づき、カムシャフト回転速度取得部１０３は、上記式１及び式２に従って、位相０°から１８０°までの１°あたりの実行時間を１／３６０（ｓｅｃ）、１８０°から３６０°までの１°あたりの実行時間を３／３６０（ｓｅｃ）と算出する。カムシャフト回転速度取得部１０３は、これらの回転速度及び実行時間を対応付け、図２に示すようなテーブルの形で記憶する。

波形生成処理部１０５は、この実行時間に基づいて、図２に示した従来のグラフの横軸を時間軸に変換した波形を生成する。そして、表示部１０７が、波形生成処理部１０５が生成した波形をディスプレイデバイス等に表示する。

波形生成処理部１０５が生成し得る波形表示の例を図３に示す。図３の上段は、横軸に位相０°からの経過時間をとり、縦軸に追従軸変位をとった場合の波形表示である。この波形表示によれば、カムシャフト軸の回転速度が変化するような場合でも、時間経過に応じた追従軸の動作を視覚的に把握することができる。

図３の中段は、横軸に位相０°からの経過時間をとり、縦軸に追従軸の速度をとった場合の波形表示である。追従軸の速度は、各位相間の追従軸変位の差分と、実行時間と、に基づき算出可能である。この波形表示によれば、どのような速度パターンとなるかを視覚的に把握でき、追従軸の動作速度の最大値、及び最大となる箇所（時刻）を特定できる。また、規定速度超過の有無を判断することもできる。

図３の下段は、横軸に位相０°からの経過時間をとり、縦軸に追従軸の加速度をとった場合の波形表示である。追従軸の加速度は、各位相間の速度の差分と、実行時間と、に基づき算出可能である。この波形表示によれば、追従軸の加速度の最大値、及び最大となる箇所（時刻）を特定できる。ひいては、モータの最大負荷を算出することも可能である。

また、図示しないが、横軸に経過時間をとり、縦軸に加速度の差分をとった波形を表示することにより、加速度の変化量である加加速度を確認することができる。これにより、加加速度を調整するようカム形状データを修正することができる。加加速度を調整することで、より滑らかな加速度変化を得ることが可能となる。

あるいは、カムシャフト回転速度取得部１０３は、回転速度とともに、カムシャフトの回転方向を示す回転方向情報を取得することとしても良い。波形生成処理部１０５は、回転方向情報により、カムシャフトが正方向に回転している（０°から３５９°に向けて位相が変化している）か、逆方向に回転している（３５９°から０°に向けて位相が変化している）すなわち反転しているか、を判断することができる。波形生成処理部１０５は、カムシャフトが通常とは反対方向に回転する場合や、途中で回転方向が反転して往復動作を行う場合などには、グラフの横軸を従来の位相軸から時間軸に変換し、かつ、時間軸を反転させるなど、回転方向情報を含めた波形も生成することができる。

例えば、カム形状データ記憶部１０１に、図８（ａ）に示すようなカム形状データが記憶されているものとする。ここで、カムシャフトの回転方向が反転している、すなわち３５９°から０°に向けて位相が変化する場合に、上述の実施の形態に従って横軸を時間軸としたグラフを作成すると、図８（ｂ）のような波形が生成される。カム形状データとの形状比較を行う場合には、波形生成処理部１０５は、図８（ｂ）の横軸を反転させ、図８（ｃ）に示すような波形を生成すると良い。図８（ｃ）の波形によれば、図８（ａ）のカム形状データと比較を行いやすい。波形生成処理部１０５は、典型的にはユーザの指示に応じ、図８（ｂ）の波形表示と図８（ｃ）の波形表示との切替えを実施できる。

また、例えば、カム形状データ記憶部１０１に、図９（ａ）に示すようなカム形状データが記憶されているものとする。このカム形状データは、カムシャフトが９０°から回転を開始し、２７０°で反転して再び９０°に戻ることを示している。このような場合に、上述の実施の形態に従って横軸を時間軸としたグラフを作成すると、図９（ｂ）のような波形が生成される。ここで、図９（ｂ）の波形を、回転方向情報に応じて異なる形態で表示することで、例えば異なる線種や色などを用いて区別することで、ユーザは回転方向や反転箇所を容易に判断できるようになる。カム形状データとの形状比較を行う場合には、波形生成処理部１０５は、カムシャフトの回転方向が反転した時刻を境界として図９（ｂ）の横軸を反転させ、図９（ｃ）に示すような波形を生成すると良い。図９（ｃ）の波形によれば、カムシャフトの動きを直感的に把握でき、図９（ａ）のカム形状データとの比較も行いやすい。波形生成処理部１０５は、典型的にはユーザの指示に応じ、図９（ｂ）の波形表示と図９（ｃ）の波形表示との切替えを実施できる。

あるいは、カムシャフト回転速度取得部１０３は、回転速度とともに回転開始時位相を取得することとしても良い。この場合、波形生成処理部１０５は、時間軸原点を回転開始時位相とした波形を生成することができる。これにより、ユーザは回転開始時を起点とした動作を確認することが可能となる。

例えば、カム形状データ記憶部１０１に、図１０（ａ）に示すようなカム形状データが記憶されているものとする。ここで、単に上述の実施の形態に従って横軸を時間軸としたグラフを作成すると、図１０（ｂ）のような波形が生成される。しかし、カムシャフトは常に０°から回転を開始するとは限らない。例えば、カムシャフトが１３０°から回転を開始したとすると、図１０（ｂ）の波形において、１３０°より左側の波形は未来において発生すべきものであるはずであるが、過去の波形として表示されてしまっている。この矛盾は、時刻ゼロを考慮して波形を生成していないために生じる。そこでこのような場合は、波形生成処理部１０５は、回転開始時の位相である１３０°を起点として、図１０（ｃ）に示すような波形を生成すると良い。これにより、時間軸に矛盾を含まない波形を生成することができる。

このように、本実施の形態によれば、波形生成処理部１０５、カム形状データ記憶部１０１が記憶するカム形状データと、カムシャフト回転速度取得部１０３が取得したカムシャフトの回転速度と、を用いて、時間の概念を取り入れたカム形状データの波形表示を生成する。これにより、カムシャフト軸の回転速度の変化に応じた追従軸の動作を視覚的に把握することができる。また、速度又は加速度の最大値（ひいてはモータの最大負荷）や、最大値をとる箇所（位相又は時刻）を特定できるので、カム形状データの問題箇所特定および修正を的確に行うことが可能となる。また、追従軸の速度や加速度が適切であるか判断でき、カム形状データを修正した場合においても、速度および加速度の影響を事前に予測することが可能となる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上述の実施の形態では、時間軸を横軸とした波形表示の生成について説明したが、本発明にこれに限定されるものではなく、他の軸を時間軸としてもよい。また、単純な時間軸の代わりに、時間を要素として含む他の任意の指標を軸として採用してもよい。

１００カムデータ表示装置
１０１カム形状データ記憶部
１０３カムシャフト回転速度取得部
１０５波形生成処理部
１０７表示部

Claims

電子カムの動作を波形表示するカムデータ表示装置であって、
カムシャフトの位相と、追従軸変位と、を対応付けたカム形状データを記憶するカム形状データ記憶部と、
前記カムシャフトの回転速度を取得するカムシャフト回転速度取得部と、
前記カム形状データと、前記カムシャフトの回転速度と、に基づき、時間と前記追従軸の動作との関係を示す前記波形表示を生成する波形生成処理部と、を有する
カムデータ表示装置。
前記カムシャフトの回転速度は、前記位相に応じて変化する
請求項１記載のカムデータ表示装置。
前記波形生成処理部は、時間と前記追従軸の変位との関係を示す前記波形表示を生成する
請求項１又は２記載のカムデータ表示装置。
前記波形生成処理部は、時間と前記追従軸の速度との関係を示す前記波形表示を生成する
請求項１又は２記載のカムデータ表示装置。
前記波形生成処理部は、時間と前記追従軸の加速度との関係を示す前記波形表示を生成する
請求項１又は２記載のカムデータ表示装置。
前記波形生成処理部は、時間と前記追従軸の加加速度との関係を示す前記波形表示を生成する
請求項１又は２記載のカムデータ表示装置。
前記回転速度取得部は、前記カムシャフトの回転速度として、実測値又は動作予定速度を取得する
請求項１乃至６いずれか１項記載のカムデータ表示装置。
前記回転速度取得部は、前記カムシャフトの回転方向情報をさらに取得する
請求項１乃至７いずれか１項記載のカムデータ表示装置。
前記波形生成処理部は、前記回転方向情報に基づき前記回転方向を判断し、前記回転方向が反転している場合、前記時間を示す軸を反転させた前記波形表示を生成する
請求項８記載のカムデータ表示装置。
前記波形生成処理部は、前記回転方向情報に基づき前記回転方向を判断し、前記回転方向が回転途中で反転した場合、前記回転方向が反転した時点以後の前記時間を示す軸を反転させた前記波形表示を生成する
請求項８記載のカムデータ表示装置。
前記波形生成処理部は、前記回転方向情報に基づき前記回転方向を判断し、前記回転方向に応じて異なる表示形態で前記波形表示を生成する
請求項８記載のカムデータ表示装置。
前記回転速度取得部は、前記カムシャフトの回転開始時位相をさらに取得し、
前記波形生成処理部は、前記回転開始時位相を時刻ゼロにあわせた前記波形表示を生成する
請求項１乃至１１いずれか１項記載のカムデータ表示装置。