JP6250894B2 - スキップ信号やキー操作が不要な座標値の取得機能を有する数値制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、数値制御装置に関し、測定対象物の座標を取得する際にスキップ信号やキー操作を不要とすることが可能な数値制御装置に関する。

工作機械を制御してワークを加工する際に、加工対象となるワークのワーク座標系を設定するために、工作機械の加工領域に設置されたワークの位置を計測する必要がある。また、工具オフセット量を設定するために、主軸に取付けられた工具の寸法を計測する必要がある。
測定対象物の座標値を計測するための従来技術として、例えば特許文献１の段落２などに記載されるように、工作機械の送り軸の軸移動部にタッチセンサ（プローブ）を装備して送り軸を駆動制御することによりタッチセンサをワークに接触させ、その際に入力されるスキップ信号により送り軸の駆動を停止（スキップ）して座標値を取得し、取得した座標値に基づいて測定対象物の座標値を計測する方法がある。

また、別の従来技術として、特許文献２の段落６，７などに記載されるような芯出しバーを用いた方法がある。図９（ａ）に示すように、芯出しバー３は固定スリーブ４と偏心スリーブ５から構成されており、固定スリーブ４の部分を工作機械の主軸に取り付けて使用される。ワークの位置を計測する際には、図９（ｂ）に示すように主軸の回転軸から偏心スリーブ５の中心を偏心させた状態で主軸を回転させ、図９（ｃ）に示すように操作盤によるキー操作によりワーク６へと接近させる。そして、芯出しバー３の偏心スリーブ５がワーク６と接触することにより偏心スリーブ５と固定スリーブ４のずれが解消されたことを目視で確認して主軸の座標値を取得し、取得した座標値に基づいて測定対象物の座標値を計測する。

特開平０５−０６６８２０号公報 特開２００２−１１６０１６号公報

しかしながら、スキップ信号を用いた座標値の計測方法を採用する場合、接触を検出するためのプローブを用意する必要があり、また、プローブが接触を検出した時にスキップ信号を入力する機構を用意しなければならず、全体として高価となりコスト面での課題があった。

一方で、芯出しバーを用いた座標値の計測方法を採用する場合、オペレータは操作盤を操作しながら芯出しバーを目視確認し、偏心が解消された時点で画面を見ながら座標値の設定のためのキー入力作業を行う必要があり、芯出しバー、画面、操作盤、キーボードの間で視線と手を移動する必要があり、手数が多くなってオペレータの操作負担が大きくなるという課題があった。

そこで本発明の目的は、スキップ信号やオペレータによるキー操作がなくとも座標値を取得することが可能な数値制御装置を提供することである。

本願の請求項１に係る発明は、手動操作により制御された可動軸の位置に基づいて測定対象物の座標値を測定する工作機械を制御する数値制御装置において、前記可動軸の座標値を取得する座標値取得部と、所定の基準時点からの経過単位時間を計時する計時部と、前記可動軸の座標値と、該座標値を取得した経過単位時間とを関連付けて成る履歴情報を複数記憶する履歴記憶部と、前記座標値取得部が取得した前記可動軸の座標値と、前記計時部が計時した経過単位時間とに基づいて履歴情報を生成し、前記履歴記憶部に記録する履歴記録部と、前記履歴記憶部に記録された前記履歴情報に基づいて、前記可動軸の位置調整が終了したタイミングを解析する移動履歴解析部と、前記移動履歴解析部が解析したタイミングにおける前記可動軸の座標値を設定する座標値設定部と、を備えたことを特徴とする数値制御装置である。

本願の請求項２に係る発明は、前記移動履歴解析部は、前記可動軸の移動が第１の時間だけ停止した時点を前記可動軸の位置調整が終了したタイミングとする、ことを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置である。

本願の請求項３に係る発明は、前記移動履歴解析部は、前記可動軸が第１の速度以下で移動した後に第２の時間だけ停止した時点を前記可動軸の位置調整が終了したタイミングとする、ことを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置である。

本願の請求項４に係る発明は、前記移動履歴解析部は、前記可動軸の移動方向が変化した後に前記可動軸が第２の速度以上で、第１の距離以上移動した場合に、前記可動軸の移動方向が変化した時点を前記可動軸の位置調整が終了したタイミングとする、ことを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置である。

本願の請求項５に係る発明は、ハンドル操作により制御された可動軸の位置に基づいて測定対象物の座標値を測定する工作機械を制御する数値制御装置において、ハンドルの回転方向と速度に係る情報を含むハンドル情報を取得するハンドル情報取得部と、前記可動軸の座標値を取得する座標値取得部と、所定の基準時点からの経過単位時間を計時する計時部と、前記ハンドル情報と、前記可動軸の座標値と、該ハンドル情報と該座標値を取得した経過単位時間とを関連付けて成る履歴情報を複数記憶する履歴記憶部と、前記座標値取得部が取得した前記可動軸の座標値と、前記計時部が計時した経過単位時間とに基づいて履歴情報を生成し、前記履歴記憶部に記録する履歴記録部と、前記履歴記憶部に記録された前記履歴情報に基づいて、前記可動軸の位置調整が終了したタイミングを解析する移動履歴解析部と、前記移動履歴解析部が解析したタイミングにおける前記可動軸の座標値を設定する座標値設定部と、を備えたことを特徴とする数値制御装置である。

本願の請求項６に係る発明は、前記移動履歴解析部は、前記ハンドルの回転が第１の時間だけ停止した時点を前記可動軸の位置調整が終了したタイミングとする、ことを特徴とする請求項５に記載の数値制御装置である。

本願の請求項７に係る発明は、前記移動履歴解析部は、前記ハンドルの回転が第３の速度以下で回転した後に第２の時間だけ停止した時点を前記可動軸の位置調整が終了したタイミングとする、ことを特徴とする請求項５に記載の数値制御装置である。

本願の請求項８に係る発明は、前記移動履歴解析部は、前記ハンドルの回転方向が変化した後に前記ハンドルが第４の速度以上で、第３の時間以上回転した場合に、前記ハンドルの回転方向が変化した時点を前記可動軸の位置調整が終了したタイミングとする、ことを特徴とする請求項５に記載の数値制御装置である。

本発明により、高価なプローブを用いた機構を用意しなくとも、オペレータに対して過度の操作負担を負わせることなく芯出しバーなどの測定器を用いたワーク座標の検出を行うことができるようになる。

本発明の座標値取得機能について説明する図である。 本発明の実施形態における数値制御装置の要部ブロック図である。 本発明の実施形態における数値制御装置の機能ブロック図である。 本発明の実施形態における数値制御装置における位置調整終了タイミングの解析方法（１）を説明する図である。 本発明の実施形態における数値制御装置における位置調整終了タイミングの解析方法（２）を説明する図である。 本発明の実施形態における数値制御装置における位置調整終了タイミングの解析方法（２）のハンドル情報から解析する場合を説明する図である。 本発明の実施形態における数値制御装置における位置調整終了タイミングの解析方法（３）を説明する図である。 本発明の実施形態における数値制御装置における位置調整終了タイミングの解析方法（３）のハンドル情報から解析する場合を説明する図である。 芯出しバーによるワーク座標の測定方法を説明する図である。

本発明では、芯出しバーなどの測定器や工具を用いて座標値の計測を行う際の、オペレータによる可動軸の移動操作による各軸の動きを解析し、解析結果に基づいて座標値を自動的に取得する機能を提供する。以降は代表して可動軸の１つである主軸に取付けた芯出しバーを用いた場合で説明する。

図１は、芯出しバーの移動操作の例である。一般に芯出しバーを用いた座標値の計測を行う際には、図１（ａ）に示すように、オペレータは最初芯出しバー３が取り付けられた主軸をワーク６から所定距離の位置まで接近させ（アプローチ段階）、移動速度を落として芯出しバー３の偏心状態に注目しながら主軸をワーク６へ接触させるように近づけ、行き過ぎたら離す、と言った操作を繰り返す（位置調整段階）。そして、偏心状態が解消されたことを確認したら、主軸をワーク６から引き離す（離脱段階）。

図１（ｂ）は、図１（ａ）に示した操作を行った際の、芯出しバー３（主軸）の座標位置時間的推移を示すグラフである。本発明の座標値取得機能は、図１（ｂ）に示される位置調整段階から離脱段階にかけての座標値（図においてはＸ座標値）と時刻との関係を解析し、芯出しバーの位置調整後、ワークから離れる動作をきっかけにして離れる前の座標値を取得する。

図２は、上記した機能を実現する本発明の一実施形態における数値制御装置と工作機械の要部ブロック図である。本実施形態の数値制御装置１は、数値制御装置１全体を制御するＣＰＵ１０を有し、該ＣＰＵ１０には、バスを介してＲＯＭ１１、ＲＡＭ１２、不揮発性メモリ１３、ＰＭＣ１４、表示器／ＭＤＩユニット１５、軸制御回路１６が接続されている。

ＲＯＭ１１は、数値制御装置１全体を制御するためのシステムプログラムが記憶されており、ＲＡＭ１２には、数値制御装置１の動作時に必要となる一時的なデータや、数値制御装置１が工作機械２を制御するために用いる加工プログラムなどが記憶されている。加工プログラムは、普段は不揮発性メモリ１３に記憶されており、実行時に不揮発性メモリ１３から読み出されてＲＡＭ１２へ記憶される。

そして、ＣＰＵ１０はＲＡＭ１２から加工プログラムを読み出しながら順次実行して軸制御回路１６を制御し、サーボアンプ１７を介して工作機械２が備える各軸のサーボモータを制御する。また、工作機械２が備える各軸のサーボモータには位置・速度検出器を内蔵し、この位置・速度検出器からの位置・速度フィードバック信号を軸制御回路１６にフィードバックし、位置・速度のフィードバック制御を行う。なお、ブロック図では、位置・速度のフィードバックについては省略している。

また、ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）１４は、数値制御装置１に内蔵されたシーケンスプログラムで工作機械側の補助装置等を制御する。
表示器／ＭＤＩユニット１５は、数値制御装置１の状態情報や加工状況に係る情報を表示する表示器１８、操作者の操作を受け付けるキーボード１９などを備えている。

本実施形態の数値制御装置１により制御される工作機械２は、オペレータが工作機械２を操作するために用いられる操作盤２０を有する。操作盤２０には、スイッチやハンドルなどで構成される手動パルス発生器２１が備えられており、オペレータは手動パルス発生器２１を操作することにより、工作機械２が備えている各軸のサーボモータを手動制御し、各軸を直接駆動させることができるようになっている。

図２に示す構成を備えた数値制御装置１上に実装される本発明の座標値取得機能の実施形態について以下で詳述する。

図３は、本発明の一実施の形態における数値制御装置の機能ブロック図である。数値制御装置１は、座標値取得部１００、計時部１１０、履歴記録部１２０、移動履歴解析部１３０、座標値設定部１４０、および履歴記憶部２００を備える。

座標値取得部１００は、オペレータにより数値制御装置１が座標値取得モードに設定されている場合において、軸制御回路１６にフィードバックされた工作機械２の主軸の位置情報を座標値として取得して出力する。
また、計時部１１０は、基準となる時点から経過した単位時間を計時した経過単位時間を出力する。計時部１１０は、数値制御装置１に備えられたＲＴＣから現在時刻（この場合、例えば、基準時点は０時、単位時間は１秒）を経過単位時間として出力するように構成してもよいし、座標値取得モードに切り替えられてからの経過時間を経過単位時間として出力するように構成してもよい。また、数値制御装置１の内部動作周期を単位時間とし、座標値取得を開始してからの内部動作周期数のカウント値を経過単位時間として出力するように構成してもよい。
そして、履歴記録部は、座標値取得部１００から出力された主軸の座標値と、計時部１１０から出力された経過単位時間とを関連付けた情報である主軸の履歴情報を、履歴記憶部２００へと記憶する。

履歴記録部１２０による履歴記憶部２００への履歴情報の記録は、あらかじめ設定される所定の周期毎に行われ、また、数値制御装置１が座標値取得モードに設定されている間において、あらかじめ設定されている所定の個数だけ記録される。記憶された履歴情報が所定の個数を超える場合には、所定の個数を超えないように古い履歴情報が削除され、新しい履歴情報が記録される。

移動履歴解析部１３０は、数値制御装置１が座標値取得モードに設定されている場合において、履歴記憶部２００から取得された履歴情報に基づいて、現在までの工作機械２が備える主軸の座標値の時間的推移を解析してオペレータによる位置調整が終了したタイミングを解析する。タイミングの解析には、履歴記憶部２００に記憶された情報のみに基づいて解析してもよいし、座標値取得部１００から出力された主軸の現在の座標値、計時部１１０から出力された経過単位時間を更に用いるようにしてもよい。

オペレータによる位置調整が終了したタイミングをどのように解析するかはさまざまな方法が考えられる。以下に、代表的な解析方法を挙げる。なお、各解析方法を説明する図においては、説明を簡単にするためにＸ軸の座標値と時間の関係のグラフのみを示しているが、Ｙ軸やＺ軸などの任意の方向の座標値と時間の関係にも適用される。

＜解析方法１：停止時間による方法＞
オペレータは芯出しバーの位置調整をする際、操作盤を操作して芯出しバーを取り付けた主軸をワークに対して近づけたり遠ざけたりしながら芯出しバーの偏心状態が解消されたことを目視確認するが、その際にオペレータによる操作が停止することに着目し、図４に示すように、所定の時間Ｔの間だけ主軸の座標値に変化が無かった時点をオペレータによる位置調整が終了したタイミングとして検出し、その時点における主軸の座標値に対して芯出しバーの半径分だけ補正した座標値をワーク座標値として設定する。

なお、所定の時間Ｔは、数値制御装置１にあらかじめ設定しておくようにすることもできるし、数値制御装置１が座標値取得モードに切り替えられた時にオペレータが設定できるようにしてもよい。

＜解析方法２：移動速度と停止時間による方法＞
オペレータは芯出しバーの位置調整をする際、操作盤を操作して芯出しバーを取り付けた主軸をワークに対して近づけたり遠ざけたりしながら芯出しバーの偏心状態が解消されるギリギリのところでは主軸の移動速度を落として微調整を行う。そこで、図５に示すように、所定の速度ｔａｎθを超えない速度で移動した後に、所定の時間Ｔの間だけ主軸の座標値に変化が無かった場合に、その時点をオペレータによる位置調整が終了したタイミングとして検出し、その時点における主軸の座標値に対して芯出しバーの半径分だけ補正した座標値をワーク座標値として設定する。

なお、所定の速度ｔａｎθ、および所定の時間Ｔは、数値制御装置１にあらかじめ設定しておくようにすることもできるし、数値制御装置１が座標値取得モードに切り替えられた時にオペレータが設定できるようにしてもよい。
また、ハンドルの情報から検出する方法として、図６に示すように、所定の速度Ｖ₃を超えない速度でハンドルを回転した後に、所定の時間Ｔの間だけハンドルの回転に変化が無かった場合に、その時点をオペレータによる位置調整が終了したタイミングとして検出し、その時点における主軸の座標値に対して芯出しバーの半径分だけ補正した座標値をワーク座標値として設定する。
なお、所定の速度Ｖ₃、および所定の時間Ｔは、数値制御装置１にあらかじめ設定しておくようにすることもできるし、数値制御装置１が座標値取得モードに切り替えられた時にオペレータが設定できるようにしてもよい。
本解析方法は、解析方法１と比較して、アプローチ中などにおいて何らかの事情でオペレータの操作が止まった場合などにおける座標時の誤検出を防ぐことができる。

＜解析方法３：移動方向の変化を検出する方法＞
オペレータは芯出しバーの位置調整をする際、主軸の移動速度を落としてワークに対して近づけたり遠ざけたりしながら微調整を行い、芯出しバーの偏心状態が解消された後、主軸の移動速度を上げて離脱させる。そこで、図７に示すように、芯出しバーを取り付けた主軸の移動方向が変化したタイミング（移動方向が変化する間に主軸が停止した場合には、主軸が停止した後に動き出したタイミング）における主軸の座標値を一時的に記憶、または履歴記憶部２００内でマークしておき、記憶乃至マークした時点から所定の速度ｔａｎφ以上の速度で所定の距離Ｌだけ主軸が移動した場合に、当該記憶乃至マークした時点における座標値に対して芯出しバーの半径分だけ補正した座標値をワーク座標値として設定する。

なお、所定の速度ｔａｎφ、および所定の距離Ｌは、数値制御装置１にあらかじめ設定しておくようにすることもできるし、数値制御装置１が座標値取得モードに切り替えられた時にオペレータが設定できるようにしてもよい。
また、ハンドルの情報から検出する方法として、図８に示すように、ハンドルの回転方向が変化したタイミング（回転方向が変化する間にハンドルが停止した場合には、ハンドルが停止した後に動き出したタイミング）における主軸の座標値を一時的に記憶、または履歴記憶部２００内でマークしておき、記憶乃至マークした時点から所定の速度Ｖ₄以上の回転速度で所定の時間Ｔ₃だけハンドルを回転した場合に、当該記憶乃至マークした時点における座標値に対して芯出しバーの半径分だけ補正した座標値をワーク座標値として設定する。
なお、所定の速度Ｖ₄、および所定の時間Ｔ₃は、数値制御装置１にあらかじめ設定しておくようにすることもできるし、数値制御装置１が座標値取得モードに切り替えられた時にオペレータが設定できるようにしてもよい。
ハンドルで操作する場合の主軸の移動量は倍率を指定できるため、倍率が低い場合、ハンドルの回転速度が速くても、主軸の移動速度は遅い場合がある。位置の微調整後の離脱でハンドルを速く回転させても、主軸の移動速度は所定の速度ｔａｎφに満たないことも考えられるため、離脱の移動を判別できない場合もある。ハンドルの回転速度から解析することで離脱を判別することができる。

そして、座標値設定部１４０は、移動履歴解析部１３０が解析したタイミングにおける主軸の座標値を測定されたワークの座標値として設定する。

このように、本実施形態の数値制御装置１では、高価なプローブを用いた機構を用意しなくとも、オペレータに対して過度の操作負担を負わせることなく芯出しバーを用いたワーク座標の検出を行うことができるようになる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態の例のみに限定されることなく、適宜の変更を加えることにより様々な態様で実施することができる。
例えば、移動履歴解析部１３０による解析方法は、１の解析方法のみを実装してもよいし、複数の解析方法を数値制御装置１に組み込んでおいて、オペレータが数値制御装置１を座標値取得モードに設定した際に選択できるようにしてもよいし、複数の矛盾しない解析方法を組み合わせるようにしてもよい。

また、上記した実施形態では、軸の移動方向や移動速度などの情報について、可動軸の座標値の時間的推移に基づいて解析するものとして説明したが、例えばパルス発生器に備え付けられたハンドルの回転方向と速度を取得する構成を設け、該ハンドルの操作に係る情報から軸の移動方向や移動速度などの情報を求めるようにしてもよい。

１ 数値制御装置
２ 工作機械
１０ ＣＰＵ
１１ ＲＯＭ
１２ ＲＡＭ
１３ 不揮発性メモリ
１４ ＰＭＣ
１５ 表示器／ＭＤＩユニット
１６ 軸制御回路
１７ サーボアンプ
１８ 表示器
１９ キーボード
２０ 操作盤
２１ 手動パルス発生器
１００ 座標値取得部
１１０ 計時部
１２０ 履歴記録部
１３０ 移動履歴解析部
１４０ 座標値設定部
２００ 履歴記憶部

Claims (8)

1. 手動操作により制御された可動軸の位置に基づいて測定対象物の座標値を測定する工作機械を制御する数値制御装置において、
   前記可動軸の座標値を取得する座標値取得部と、
   所定の基準時点からの経過単位時間を計時する計時部と、
   前記可動軸の座標値と、該座標値を取得した経過単位時間とを関連付けて成る履歴情報を複数記憶する履歴記憶部と、
   前記座標値取得部が取得した前記可動軸の座標値と、前記計時部が計時した経過単位時間とに基づいて履歴情報を生成し、前記履歴記憶部に記録する履歴記録部と、
   前記履歴記憶部に記録された前記履歴情報に基づいて、前記可動軸の位置調整が終了したタイミングを解析する移動履歴解析部と、
   前記移動履歴解析部が解析したタイミングにおける前記可動軸の座標値を設定する座標値設定部と、
   を備えたことを特徴とする数値制御装置。
2. 前記移動履歴解析部は、前記可動軸の移動が第１の時間だけ停止した時点を前記可動軸の位置調整が終了したタイミングとする、
   ことを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
3. 前記移動履歴解析部は、前記可動軸が第１の速度以下で移動した後に第２の時間だけ停止した時点を前記可動軸の位置調整が終了したタイミングとする、
   ことを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
4. 前記移動履歴解析部は、前記可動軸の移動方向が変化した後に前記可動軸が第２の速度以上で、第１の距離以上移動した場合に、前記可動軸の移動方向が変化した時点を前記可動軸の位置調整が終了したタイミングとする、
   ことを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
5. ハンドル操作により制御された可動軸の位置に基づいて測定対象物の座標値を測定する工作機械を制御する数値制御装置において、
   ハンドルの回転方向と速度に係る情報を含むハンドル情報を取得するハンドル情報取得部と、
   前記可動軸の座標値を取得する座標値取得部と、
   所定の基準時点からの経過単位時間を計時する計時部と、
   前記ハンドル情報と、前記可動軸の座標値と、該ハンドル情報と該座標値を取得した経過単位時間とを関連付けて成る履歴情報を複数記憶する履歴記憶部と、
   前記座標値取得部が取得した前記可動軸の座標値と、前記計時部が計時した経過単位時間とに基づいて履歴情報を生成し、前記履歴記憶部に記録する履歴記録部と、
   前記履歴記憶部に記録された前記履歴情報に基づいて、前記可動軸の位置調整が終了したタイミングを解析する移動履歴解析部と、
   前記移動履歴解析部が解析したタイミングにおける前記可動軸の座標値を設定する座標値設定部と、
   を備えたことを特徴とする数値制御装置。
6. 前記移動履歴解析部は、前記ハンドルの回転が第１の時間だけ停止した時点を前記可動軸の位置調整が終了したタイミングとする、
   ことを特徴とする請求項５に記載の数値制御装置。
7. 前記移動履歴解析部は、前記ハンドルの回転が第３の速度以下で回転した後に第２の時間だけ停止した時点を前記可動軸の位置調整が終了したタイミングとする、
   ことを特徴とする請求項５に記載の数値制御装置。
8. 前記移動履歴解析部は、前記ハンドルの回転方向が変化した後に前記ハンドルが第４の速度以上で、第３の時間以上回転した場合に、前記ハンドルの回転方向が変化した時点を前記可動軸の位置調整が終了したタイミングとする、
   ことを特徴とする請求項５に記載の数値制御装置。