JP6250896B2

JP6250896B2 - 振動周期を加工面上の長さに変換して表示する波形表示装置

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Publication number: JP6250896B2
Application number: JP2015132066A
Authority: JP
Inventors: 淳一手塚; 肇小川
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Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2015-06-30
Filing date: 2015-06-30
Publication date: 2017-12-20
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Description

本発明は、工作機械の振動周期を加工面上の長さに変換して表示する波形表示装置に関する。

工作機械により加工される製品の品質の向上を図るためには、製品の加工面上に生じた加工ムラ（例えば縞目模様）の原因を特定するために、波形データを分析することが重要である。

例えば、測定された波形データおよび駆動軸および工具先端点の位置情報等のデータを分析することで、加工ムラの原因である振動源を特定することが行われる。このような振動源の例としては工作機械の駆動軸の振動や、冷却用オイルポンプ、工作機械の強電盤のファンなどがある。一般に各振動源は固有の振動周波数（すなわち振動周期の逆数）を有しており、振動源固有の振動周波数と製品の加工面上に生じた加工ムラの振動周波数の測定結果とを比較し、当該振動周波数の原因である振動源を特定する。

図１９は、製品の加工面上に生じる加工ムラの一例を模式的に表した図であり、（Ａ）は工作機械の工具による加工方向と加工ムラとの関係を表し、（Ｂ）はスケールを用いた振動周期の測定例を示す。図１９（Ａ）に示すように、加工面上には、工作機械の工具による加工方向に沿って何らかの振動源に起因して一定の周期（すなわち一定の周波数）を有する加工ムラ（縞目模様）が発生する。図１９（Ｂ）に示すようにスケール（定規）を用いて縞目模様の間隔を測定する。例えば、スケールで測定した２０ｍｍの区間中に２７個の縞目が発生する場合、縞目の間隔は０．７４１ｍｍとなる。工作機械の工具の送り速度を２０００ｍｍ／ｍｉｎとすると、振動周波数は４５Ｈｚ（＝２０００／６０／０．７４１）となる。

波形データの分析には、上述の周波数基準による比較以外にも、加工ムラ（縞目模様）が存在する加工面上における距離基準の比較によっても可能である。

駆動軸および工具先端点の速度等の時系列データを横軸移動距離の距離基準の物理データに変換する発明がある（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載された発明は、同じ加工プログラムを加工速度等の加工条件を変えて実行する場合に有用であり、横軸時間の物理データを横軸移動距離の距離基準の物理データに変換することで、異なる加工条件（速度など）においても同加工位置で物理データを比較する。

特許第５３０２３７１号公報

工作機械の駆動軸の位置情報は位置検出器により時々刻々と取得される時間ベースの情報である。このような時間ベース波形は、加工面上に実際に生じた加工ムラ（縞目模様）と直接的には比較することはできず、時間ベース波形と加工面上の距離データとの対応付けのための何らかの処理が必要であり、作業は煩雑となる。

また例えば、特許文献１（特許第５３０２３７１号公報）に記載された発明は、指定された時間区間の移動距離を算出することができないので、加工面の振動周波数の間隔と対応づけて波形データを分析することはできない。また、周波数特性を距離基準で表示することができない。

従って本発明の目的は、上記問題に鑑み、波形データの振動周期を工作機械の加工面上の２点間の距離に換算して表示することができる波形表示装置を提供することにある。

上記目的を実現するために、本発明の第１の態様においては、波形表示装置は、工作機械の駆動軸の位置情報を時系列で取得する位置情報取得部と、位置情報の時系列上において表示対象とする時間区間を指定する時間指定部と、位置情報と工作機械の構成情報とに基づいて、工作機械の工具先端点の接線方向速度を算出する接線方向速度算出部と、接線方向速度に基づいて、時間指定部により指定された時間区間を、工作機械の加工面上の２点間の距離に換算する距離算出部と、上記換算された２点間の距離を表示する表示部とを備える。

ここで、距離算出部は、時間指定部により指定された時間区間を積分区間として接線方向速度を積分することで、２点間の距離を算出する。

また、本発明の第２の態様においては、波形表示装置は、工作機械の駆動軸の位置情報を時系列で取得する位置情報取得部と、駆動軸の動作状況を表す物理データを時系列で取得する物理データ取得部と、物理データまたは位置情報の時系列上において表示対象とする時間区間を指定する時間指定部と、位置情報と工作機械の構成情報とに基づいて、時間指定部により指定された時間区間における工作機械の工具先端点の平均接線方向速度を算出する接線方向速度算出部と、時間指定部により指定された時間区間における物理データまたは位置情報を周波数解析して周波数スペクトルを出力する周波数解析部と、平均接線方向速度を用いて、周波数スペクトルの周波数を、周波数に対応する工作機械の加工面上の２点間の距離に換算する距離算出部と、上記換算された２点間の距離を表示する表示部とを備える。

また、本発明の第３の態様においては、波形表示装置は、工作機械により加工された加工面上の２点間の区間の測定距離が入力される距離入力部と、２点間の区間の工作機械の工具先端点の平均接線方向速度が入力される接線方向入力部と、平均接線方向速度を２点間の測定距離で除算して得られた値を、２点間の測定距離に対応する周波数として算出する周波数算出部と、周波数算出部により算出された周波数を表示する表示部とを備える。

本発明によれば、工作機械の振動周期を工作機械の加工面上の２点間の距離に換算して表示することができる波形表示装置を実現することができる。

例えば特許文献１（特許第５３０２３７１号公報）に記載された発明では、指定された時間区間の移動距離を算出することができないので、加工面の変動周期の間隔と対応づけて波形データを分析することはできず、また、周波数特性を距離基準で表示することができない。これに対し、本発明によれば、加工面の変動周期の間隔と対応づけて波形データを分析することができ、また、周波数特性を距離基準で表示することができる。

本発明の第１の実施例によれば、工作機械の位置情報の時系列データの指定された時間区間を、工作機械１０１の加工面上の２点間の距離に換算することができる。換算された加工面上の２点間の距離は表示部によって表示されるが、実際の製品の加工面の画像データに重ね合わせるようにして表示させれば、種々の分析に役立てることができる。一般に工具先端点の軌跡誤差が大きい箇所で加工ムラ（縞目模様）が生じやすく、この軌跡誤差は周期的に変化するケースがある。換算された加工面上の２点間の距離と、実際の製品についてスケール（定規）を用いて別途測定された加工面上の縞目模様の間隔とを比較することで、実際の製品の加工面上の加工ムラの原因の特定を容易に行うことができる。例えば、工具先端点の軌跡誤差が小さくなるように加工条件を適宜変更し、製品の品質の向上を図る、といった作業を容易に行うことができる。

本発明の第２の実施例によれば、工作機械の駆動軸を駆動するモータに対するトルク指令やモータに流れる有効電流の値やモータに印加される電圧値などの物理データまたは位置情報の時系列データを周波数解析して周波数スペクトルを求め、得られた周波数スペクトルの周波数を、当該周波数に対応する工作機械の加工面上の２点間の距離に換算することができる。換算された加工面上の２点間の距離は表示部によって表示されるが、実際の製品の加工面の画像データに重ね合わせるようにして表示させれば、種々の分析に役立てることができる。例えば、換算された加工面上の２点間の距離と、実際の製品についてスケール（定規）を用いて別途測定された加工面上の縞目模様の間隔とを比較することで、加工ムラ（縞目模様）の発生の原因である振動源を特定することを容易に行うことができる。

本発明の第３の実施例によれば、工作機械により加工された加工面上の２点間の測定距離（すなわち工作機械により加工された加工面上の加工ムラ（縞目模様）の間隔）を、周波数に換算することができる。換算された周波数は表示部によって表示されるが、駆動軸を駆動するモータに対するトルク指令やモータに流れる有効電流の値やモータに印加される電圧値などの所定の時間区間における物理データを周波数解析（例えばフーリエ変換）し、これにより得られた周波数スペクトルと表示部によって表示された周波数と比較すれば、種々の分析に役立てることができる。例えば、周波数解析により得られた物理データに係る周波数スペクトルと加工面上の２点間の測定距離を換算した周波数を比較すれば、加工ムラ（縞目模様）の発生の原因である振動源を特定することを容易に行うことができる。

本発明の第１の実施例による波形表示装置を含むシステム構成を示す図である。本発明の第１の実施例による波形表示装置の動作フローを示すフローチャートである。工作機械の工具先端点の軌跡誤差の一例を示す図である。５軸加工機における工具先端点を説明する斜視図である。図４に示す５軸加工機における工具先端点の軌跡を例示する図である。加工面上の２点間の距離の換算を説明する図である。工作機械の工具先端点の軌跡誤差の一例を示す図である。図７に示す時間区間を換算して得られた加工面上の２点間の距離と加工面上の加工ムラとの関係を示す図である。本発明の第２の実施例による波形表示装置を含むシステム構成を示す図である。本発明の第２の実施例による波形表示装置の動作フローを示すフローチャートである。工作機械の工具先端点の軌跡誤差の一例を示す図である。工作機械の工具先端点の接線方向速度を例示する図である。物理データを周波数解析して得られた周波数スペクトルの一例を示す図である。周波数解析部により算出された周波数スペクトルの周波数を加工面上の２点間の距離に換算した場合を例示する図である。本発明の第３の実施例による波形表示装置を含むシステム構成を示す図である。本発明の第３の実施例による波形表示装置の動作フローを示すフローチャートである。工作機械により加工された加工面上の加工ムラ（縞目模様）の間隔の測定および工具先端点の平均接線方向速度を説明する図である。物理データを周波数解析して得られた周波数スペクトルの一例を示す図である。製品の加工面上に生じる加工ムラの一例を模式的に表した図であり、（Ａ）は工作機械の工具による加工方向と加工ムラとの関係を表し、（Ｂ）はスケールを用いた振動周波数の測定例を示す。

図１は、本発明の第１の実施例による波形表示装置を含むシステム構成を示す図である。本発明の第１の実施例による波形表示装置１は、数値制御装置（ＣＮＣ）１０２に接続される。工作機械（機構部）１０１は、少なくとも１つ（図示例では２つ）のサーボモータ等の駆動軸２０１を有し、駆動軸２０１の各々は数値制御装置（ＣＮＣ）１０２によって、予め定めた位置指令に基づいて制御される。

波形表示装置１は、工作機械１０１の駆動軸の位置情報を時系列で取得する位置情報取得部１１と、位置情報取得部１１により取得された位置情報の時系列上において表示対象とする時間区間を指定する時間指定部１２と、位置情報取得部１１により取得された位置情報と工作機械１０１の工具の構成情報とに基づいて、工作機械１０１の工具先端点の接線方向速度を算出する接線方向速度算出部１３と、接線方向速度算出部１３により算出された接線方向速度に基づいて、時間指定部１２により指定された時間区間を、工作機械１０１の加工面上の２点間の距離に換算する距離算出部１４と、上記換算された２点間の距離を表示する表示部１５とを備える。

次に、本発明の第１の実施例による波形表示装置における処理の一例を、図２〜図８を参照しつつ説明する。

図２は、本発明の第１の実施例による波形表示装置の動作フローを示すフローチャートである。

まず、ステップＳ１０１において、位置情報取得部１１は、工作機械１０１の駆動軸の位置情報を、位置検出器（図示せず）から時系列で取得する。図３は、工作機械の工具先端点の軌跡誤差の一例を示す図である。工具先端点の軌跡誤差は、何らかの振動源に起因して周期的に発生する。

次いでステップＳ１０２において、時間指定部１２は、位置情報の時系列上において表示対象とする時間区間を指定する。例えば、作業者は、キーボード、マウスあるいはタッチパネル入力装置などのユーザ入力装置を介して所望の時間区間を時間指定部１２に入力する。

次いでステップＳ１０３において、接線方向速度算出部１３は、位置情報取得部１１により取得された位置情報と工作機械の構成情報とに基づいて、工作機械の工具先端点の接線方向速度を算出する。工作機械の構成情報の例としては、工具を構成する部材の各部の寸法、重量などがある。

一例として、工作機械が５軸加工機である場合における工具先端点の接線方向速度の算出について説明する。図４は、５軸加工機における工具先端点を説明する斜視図である。図５に示すように、５軸加工機１０１の直線軸をＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸、回転軸をＡ軸およびＢ軸とする。時刻ｔにおける、これら５軸の座標をそれぞれｘ（ｔ）、ｙ（ｔ）、ｚ（ｔ）、ａ（ｔ）、ｂ（ｔ）とし、２つの回転軸の回転中心となる軸の交点をＭとしたとき、加工対象物に固定された座標系を考えて原点を適当にとれば、点Ｍの座標は（ｘ（ｔ）,ｙ（ｔ）,ｚ（ｔ））となる。点Ｍから工具先端点までの長さをＬとし、図４に示すように工具２０２が真下を向いた位置をＡ軸およびＢ軸の基準位置（原点）とすると、工具先端点の座標は式１のように表される。

図５は、図４に示す５軸加工機における工具先端点の軌跡を例示する図である。５軸加工機における工具先端点が図５に例示するような軌跡を描く場合、工具先端点の座標（Ｐｘ（ｔ）,Ｐｙ（ｔ）,Ｐｚ（ｔ））における接線方向は、図５において点線矢印で示される。微小時間をΔｔとしたとき、工具先端点の座標（Ｐｘ（ｔ）,Ｐｙ（ｔ）,Ｐｚ（ｔ））における接線方向速度のｘ成分Ｖｘ（ｔ）、ｙ成分Ｖｙ（ｔ）、ｚ成分Ｖｚ（ｔ）は式２のように表される。

式２から、工具先端点の座標（Ｐｘ（ｔ）,Ｐｙ（ｔ）,Ｐｚ（ｔ））における接線方向速度は式３のように表される。

図２に戻り、ステップＳ１０４において、距離算出部１４は、接線方向速度算出部１３により算出された接線方向速度に基づいて、時間指定部１２により指定された時間区間を、工作機械１０１の加工面上の２点間の距離に換算する。より具体的には、距離算出部１４は、時間指定部１２により指定された時間区間を積分区間とし、接線方向速度算出部１３により算出された接線方向速度を積分することで、上記時間区間に対応した工作機械１０１の加工面上の２点間の距離を算出する。

図６は、加工面上の２点間の距離の換算を説明する図である。ステップＳ１０２において、時間指定部１２により位置情報の時系列上において表示対象とする時間区間を時刻ｔ₁から時刻ｔ₂の間に指定した場合を考える。図６に示すように時刻ｔ₁における工具先端点の加工面上の座標をＰ₁（ｘ（ｔ₁）,ｙ（ｔ₁）,ｚ（ｔ₁））、時刻ｔ₂における工具先端点の加工面上の座標をＰ₂（ｘ（ｔ₂）,ｙ（ｔ₂）,ｚ（ｔ₂））としたとき、加工面上の２点間の距離は、式４に示すように、時刻ｔ₁から時刻ｔ₂の間を積分区間として、接線方向速度を積分することで得られる。

図２に戻り、ステップＳ１０５において、表示部１５は、距離算出部１４により算出された２点間の距離を表示する。表示部１５の例としてはパソコンやタッチパネルのディスプレイや工作機械に付属のディスプレイなどがある。またあるいは、プリンタを用いて紙面等にプリントアウトして表示させる形態をとってもよい。またあるいは、距離算出部１４により算出された２点間の距離に関するデータを、例えばハードディスク、ＣＤ−ＲあるいはＤＶＤ−Ｒなどの記録メディアに保存しておき、作業者の所望の時期に表示部１５に表示させるようにしてもよい。

以上説明したように、本発明の第１の実施例によれば、位置情報取得部１１により取得された位置情報の時系列データの指定された時間区間を、工作機械１０１の加工面上の２点間の距離に換算することができる。得られた加工面上の２点間の距離は表示部１５によって表示されるが、実際の製品の加工面の画像データに重ね合わせるようにして表示させれば、種々の分析に役立てることができる。これについて、図７および図８を参照して説明する。図７は工作機械の工具先端点の軌跡誤差の一例を示す図であり、図８は図７に示す時間区間を換算して得られた加工面上の２点間の距離と加工面上の加工ムラとの関係を示す図である。一般に工具先端点の軌跡誤差が大きい箇所で加工ムラ（縞目模様）が生じやすく、この軌跡誤差は振動源に起因して周期的に変化する。図７に示すように時刻ｔ₁および時刻ｔ₂に軌跡誤差のピーク値が存在する場合、時間指定部１２により時刻ｔ₁から時刻ｔ₂までの時間区間Ｔを指定し、この時間期間を距離算出部１４によって工作機械１０１の加工面上の２点間の距離Ｌに換算する。時刻ｔ₁における工具先端点の加工面上の座標をＰ₁（ｘ（ｔ₁）,ｙ（ｔ₁）,ｚ（ｔ₁））、時刻ｔ₂における工具先端点の加工面上の座標をＰ₂（ｘ（ｔ₂）,ｙ（ｔ₂）,ｚ（ｔ₂））としたとき、距離算出部１４によって算出される加工面上の２点間の距離Ｌは式４で表される。距離算出部１４によって算出される加工面上の２点間の距離Ｌと、実際の製品についてスケール（定規）を用いて別途測定された加工面上の縞目模様の間隔Ｌ’とを比較し、これらが一致していた場合は、図７に示す工具先端点の軌跡誤差が、実際の製品の加工面上の加工ムラの原因であると特定できる。そこで、工具先端点の軌跡誤差が小さくなるように加工条件を適宜変更し、製品の品質の向上を図る、といった作業を行うことができる。

続いて、本発明の第２の実施例について説明する。

図９は、本発明の第２の実施例による波形表示装置を含むシステム構成を示す図である。本発明の第２の実施例による波形表示装置２は、数値制御装置（ＣＮＣ）１０２に接続される。工作機械（機構部）１０１は、少なくとも１つ（図示例では２つ）のサーボモータ等の駆動軸２０１を有し、駆動軸２０１の各々は数値制御装置（ＣＮＣ）１０２によって、予め定めた位置指令に基づいて制御される。

波形表示装置２は、工作機械１０１の駆動軸２０１の位置情報を時系列で取得する位置情報取得部２１と、駆動軸２０１の動作状況を表す物理データを時系列で取得する物理データ取得部２２と、物理データまたは位置情報の時系列上において表示対象とする時間区間を指定する時間指定部２３と、位置情報取得部２１により取得された位置情報と工作機械１０１の構成情報とに基づいて、時間指定部２３により指定された時間区間における工作機械１０１の工具先端点の平均接線方向速度を算出する接線方向速度算出部２４と、時間指定部２３により指定された時間区間における物理データまたは位置情報を周波数解析して周波数スペクトルを出力する周波数解析部２５と、接線方向速度算出部２４により算出された平均接線方向速度を用いて、周波数スペクトルの周波数を、周波数に対応する工作機械１０１の加工面上の２点間の距離に換算する距離算出部２６と、上記換算された２点間の距離を表示する表示部２７とを備える。

次に、本発明の第２の実施例による波形表示装置における処理の一例を、図１０〜図１４を参照しつつ説明する。

図１０は、本発明の第２の実施例による波形表示装置の動作フローを示すフローチャートである。

まず、ステップＳ２０１において、位置情報取得部２１は、工作機械１０１の駆動軸の位置情報を、位置検出器（図示せず）から時系列で取得する。図１１は、工作機械の工具先端点の軌跡誤差の一例を示す図である。工具先端点の軌跡誤差は、何らかの振動源に起因して周期的に発生する。

次いで、ステップＳ２０２において、物理データ取得部２２は、駆動軸２０１の動作状況を表す物理データを時系列で取得する。駆動軸２０１の動作状況を表す物理データの例としては、駆動軸２０１を駆動するモータに対するトルク指令やモータに流れる有効電流の値やモータに印加される電圧値などがある。

次いでステップＳ２０３において、時間指定部２３は、物理データの時系列上において表示対象とする時間区間を指定する。またあるいは、時間指定部２３は、位置情報の時系列上において表示対象とする時間区間を指定する。例えば、作業者は、キーボード、マウスあるいはタッチパネル入力装置などのユーザ入力装置を介して所望の時間区間を時間指定部２３に入力する。

次いでステップＳ２０４において、接線方向速度算出部２４は、時間指定部２３により指定された時間区間における工作機械１０１の工具先端点の平均接線方向速度を算出する。図１２は、工作機械の工具先端点の接線方向速度を例示する図である。

例えば、工作機械１０１の工具先端点の接線方向速度の瞬時値をＶ（ｔ）とし、時間指定部２３により時刻ｔ₁から時刻ｔ₂までの時間区間Ｔを指定したとき、時間区間Ｔにおける工作機械１０１の工具先端点の平均接線方向速度Ｖｔ_aを、式５に基づいて求めてもよい。

また例えば、時間指定部２３により時刻ｔ₁から時刻ｔ₂までの時間区間Ｔを指定したとき、時間区間Ｔを「ｎ−ｍ」個（ただし、ｍ、ｎは自然数、ｍ＜ｎ）に分割し、分割された各区間における工作機械１０１の工具先端点の接線方向速度をＶ（ｔ）として、時間区間Ｔにおける工作機械１０１の工具先端点の平均接線方向速度Ｖｔ_aを、式６に基づいて離散的に求めてもよい。

また例えば、時間指定部２３により時刻ｔ₁から時刻ｔ₂までの時間区間Ｔを指定したとき、時間区間Ｔを「ｎ−ｍ」個（ただし、ｍ、ｎは自然数、ｍ＜ｎ）に分割し、分割された各区間における工作機械１０１の工具先端点の接線方向速度をＶ（ｔ）として、時間区間Ｔにおける工作機械１０１の工具先端点の平均接線方向速度Ｖｔ_aを、式７に示される二乗平均平方根として求めてもよい。

図１０に戻り、ステップＳ２０５において、周波数解析部２５は、ステップＳ２０３における時間指定部２３により指定された時間区間における物理データを周波数解析して周波数スペクトルを出力する。なお、ステップＳ２０３において時間指定部２３により位置情報の時系列上おいて表示対象とする時間区間を指定した場合は、指定された時間区間における位置情報を周波数解析して周波数スペクトルを出力する。周波数解析の例としては例えばフーリエ変換がある。図１３は、物理データを周波数解析して得られた周波数スペクトルの一例を示す図である。図示の例では、周波数ｆ_pのときにピーク値が存在する。

ステップＳ２０６では、距離算出部２６は、接線方向速度算出部２４により算出された平均接線方向速度を用いて、周波数解析部２５により算出された周波数スペクトルの周波数を、周波数に対応する工作機械１０１の加工面上の２点間の距離に換算する。周波数解析部２５により算出された周波数スペクトルのピーク値のときの周波数ｆ_pは、接線方向速度算出部２４により算出された平均接線方向速度Ｖ_taを用いて式８に従って変換され、加工面上の２点間の距離Ｌ_pに換算される。図１４は、周波数解析部により算出された周波数スペクトルの周波数を加工面上の２点間の距離に換算した場合を例示する図である。

図１０に戻り、ステップＳ２０７において、表示部２７は、距離算出部２６により算出された２点間の距離を表示する。表示部２７の例としてはパソコンやタッチパネルのディスプレイや工作機械に付属のディスプレイなどがある。またあるいは、プリンタを用いて紙面等にプリントアウトして表示させる形態をとってもよい。またあるいは、距離算出部２６により算出された２点間の距離に関するデータを、例えばハードディスク、ＣＤ−ＲあるいはＤＶＤ−Ｒなどの記録メディアに保存しておき、作業者の所望の時期に表示部２７に表示させるようにしてもよい。

以上説明したように、本発明の第２の実施例によれば、物理データ取得部２２により取得された物理データの時系列データの時間区間または、位置情報取得部２１により取得された位置情報の時系列データの時間区間を、工作機械１０１の加工面上の２点間の距離に換算することができる。得られた加工面上の２点間の距離は表示部２７によって表示されるが、実際の製品の加工面の画像データに重ね合わせるようにして表示させれば、種々の分析に役立てることができる。これについて、図１３および図１４を参照して説明する。物理データ取得部２２により取得された物理データを周波数解析部２５により周波数解析した結果、図１３に示す周波数スペクトルが得られた場合を考える。実際の製品についてスケール（定規）を用いて別途測定された加工面上の縞目模様の間隔Ｌ’と比較できるようにするために、図１３に示す周波数スペクトルの周波数は、距離算出部２６により工作機械１０１の加工面上の２点間の距離Ｌに換算される。距離算出部２６によって算出される加工面上の２点間の距離Ｌと、実際の製品についてスケール（定規）を用いて別途測定された加工面上の縞目模様の間隔Ｌ’とを比較すれば、加工ムラ（縞目模様）の発生の原因である振動源を特定することを容易に行うことができる。

続いて、本発明の第３の実施例について説明する。

図１５は、本発明の第３の実施例による波形表示装置を含むシステム構成を示す図である。本発明の第３の実施例による波形表示装置３は、数値制御装置（ＣＮＣ）１０２に接続される。工作機械（機構部）１０１は、少なくとも１つ（図示例では２つ）のサーボモータ等の駆動軸２０１を有し、駆動軸２０１の各々は数値制御装置（ＣＮＣ）１０２によって、予め定めた位置指令に基づいて制御される。

波形表示装置３は、工作機械１０１により加工された加工面上の２点間の測定距離が入力される距離入力部３１と、上記２点間を加工した工作機械１０１の工具先端点の平均接線方向速度が入力される接線方向速度入力部３２と、平均接線方向速度を上記２点間の測定距離で除算することにより得られた値を、上記２点間の測定距離に対応する周波数として算出する周波数算出部３３と、周波数算出部３３によって算出された周波数を表示する表示部３４と、を備える。

次に、本発明の第３の実施例による波形表示装置における処理の一例を、図１６〜図１８を参照しつつ説明する。

図１６は、本発明の第３の実施例による波形表示装置の動作フローを示すフローチャートである。

まず、ステップＳ３０１において、距離入力部３１に、工作機械１０１により加工された加工面上の２点間の測定距離が入力される。図１７は、工作機械により加工された加工面上の加工ムラ（縞目模様）の間隔の測定および工具先端点の平均接線方向速度を説明する図である。図１７に示すように、工作機械１０１により加工された加工面上の加工ムラ（縞目模様）の間隔Ｌをスケール（定規）を用いて測定し、測定された２点間の距離を距離入力部３１に入力する。例えば、作業者は、キーボード、マウスあるいはタッチパネル入力装置などのユーザ入力装置を介して、測定された２点間の距離を距離入力部３１に入力する。

次いでステップＳ３０２において、接線方向速度入力部３２に、上記２点間を加工した工作機械１０１の工具先端点の平均接線方向速度Ｖ_taが入力される。例えば、数値制御装置１０２が工作機械１０１による当該加工を制御する際に用いるデータに基づいて算出した平均接線方向速度Ｖ_taを用いればよい。またあるいは、工作機械１０１の工具先端点の移動距離および移動時間を実際に測定し、測定された移動距離を移動時間で除算することにより、平均接線方向速度Ｖ_taを求め、これを作業者自身が接線方向速度入力部３２に入力してもよい。

次いでステップＳ３０３において、周波数算出部３３は、平均接線方向速度Ｖ_taを上記２点間の測定距離Ｌで除算することにより得られた値を、上記２点間の測定距離に対応する周波数ｆとして算出する。より具体的にいえば、２点間の測定距離Ｌを平均接線方向速度Ｖ_taで除算した値Ｔ（＝Ｌ／Ｖ_ta）は周期を表すので、式９に示すように当該周期の逆数１／Ｔが周波数ｆとなる。

次いでステップＳ３０４において、表示部３４は、周波数算出部３３によって算出された周波数を表示する。表示部３４の例としてはパソコンやタッチパネルのディスプレイや工作機械に付属のディスプレイなどがある。またあるいは、プリンタを用いて紙面等にプリントアウトして表示させる形態をとってもよい。またあるいは、周波数算出部３３によって算出された周波数に関するデータを、例えばハードディスク、ＣＤ−ＲあるいはＤＶＤ−Ｒなどの記録メディアに保存しておき、適当な時期に表示部３４に表示させるようにしてもよい。

以上説明したように、本発明の第３の実施例によれば、距離入力部３１に入力された、工作機械１０１により加工された加工面上の２点間の測定距離（すなわち工作機械１０１により加工された加工面上の加工ムラ（縞目模様）の間隔）Ｌを、周波数に換算することができる。得られた周波数は表示部３４によって表示されるが、駆動軸２０１を駆動するモータに対するトルク指令やモータに流れる有効電流の値やモータに印加される電圧値などの所定の時間区間における物理データを周波数解析（例えばフーリエ変換）し、これにより得られた周波数スペクトルを、表示部３４によって表示された周波数と比較すれば、種々の分析に役立てることができる。図１８は、物理データを周波数解析して得られた周波数スペクトルの一例を示す図である。図示の例では、周波数ｆ_pのときにピーク値が存在する。物理データを周波数解析したところ図１８に示す周波数スペクトルが得られた場合を考える。周波数解析により得られた物理データに係る周波数スペクトルと比較できるようにするために、距離入力部３１に入力された、工作機械１０１により加工された加工面上の２点間の測定距離（すなわち工作機械１０１により加工された加工面上の加工ムラ（縞目模様）の間隔）Ｌは周波数に換算される。周波数解析により得られた物理データに係る周波数スペクトルのピーク値_fpと加工面上の２点間の測定距離Ｌを換算した周波数を比較すれば、加工ムラ（縞目模様）の発生の原因である振動源を特定することを容易に行うことができる。

以上説明した第１の実施例における位置情報取得部１１、時間指定部１２、接線方向速度演算部１３および距離算出部１４、第２の実施例における位置情報取得部２１、物理データ取得部２２、時間指定部２３、接線方向速度演算部２４、周波数解析部２５および距離算出部２６、ならびに、第３の実施例における距離入力部３１、接線方向速度入力部３２および周波数算出部３３は、例えばソフトウェアプログラム形式で構築されてもよく、あるいは各種ディジタル電子回路とソフトウェアプログラムとの組み合わせで構築されてもよい。例えばこれらの手段をソフトウェアプログラム形式で構築する場合は、上記各部はこのソフトウェアプログラムに従って動作することで上述の各部の機能が実現される。

１、２、３波形表示装置
１１位置情報取得部
１２時間指定部
１３接線方向速度算出部
１４距離算出部
１５表示部
２１位置情報取得部
２２物理データ取得部
２３時間指定部
２４接線方向速度算出部
２５周波数解析部
２６距離算出部
２７表示部
３１距離入力部
３２加工速度入力部
３３周波数算出部
３４表示部
１０１工作機械（機構部）
１０２数値制御装置（ＣＮＣ）
２０１駆動軸

Claims

工作機械の駆動軸の位置情報を時系列で取得する位置情報取得部と、
前記駆動軸の動作状況を表す物理データを時系列で取得する物理データ取得部と、
前記物理データまたは前記位置情報の時系列上において表示対象とする時間区間を指定する時間指定部と、
前記位置情報と前記工作機械の構成情報とに基づいて、前記時間区間における前記工作機械の工具先端点の平均接線方向速度を算出する接線方向速度算出部と、
前記時間区間における前記物理データまたは前記位置情報を周波数解析して周波数スペクトルを出力する周波数解析部と、
前記平均接線方向速度を用いて、前記周波数スペクトルの周波数を、周波数に対応する前記工作機械の加工面上の２点間の距離に換算する距離算出部と、
前記２点間の距離を表示する表示部と、
を備えることを特徴とする波形表示装置。