JP7384584B2 - 工作機械制御装置及び工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械制御装置及び工作機械に関する。

一般に、工作機械を制御する工作機械制御装置は、加工プログラムに従って工作機械を動作させる。このような工作機械制御装置では、加工動作の基本となる情報として、工作機械の機械的な構成を特定するパラメータを設定する必要がある。このようなパラメータとしては、例えば、複数の駆動軸についてそれぞれの可動範囲、各駆動軸の相対位置関係等の数値情報が挙げられる。

かかるパラメータを容易に設定可能とするために、対話方式のパラメータ設定画面を表示する数値制御機械用パラメータ設定装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００３－２０２９１０号公報

前記特許文献１のような技術を用いて、画面上のフォームにパラメータの値を入力することによりパラメータを設定すれば、必要とされる全てのパラメータの値を設定することができる。しかしながら、パラメータの入力画面からは、工作機械の構成や形状をイメージすることが難しく、オペレータが正確にパラメータを算出して入力できたかどうかを確認することができない。そこで、入力したパラメータが適切であるかどうかを容易に確認することができる工作機械制御装置が望まれる。

本開示の一態様に係る工作機械制御装置は、複数の駆動軸を有する工作機械を制御する工作機械制御装置であって、外部からの入力を受付ける入力受付部と、前記駆動軸により駆動される被駆動体を仮想３次元空間上にモデリングするモデリング部と、を備え、前記入力受付部は、前記複数の駆動軸の動作条件を指定するパラメータが入力されるパラメータ設定部を有し、前記モデリング部は、前記パラメータ設定部に入力された前記パラメータに基づいて、前記被駆動体のモデルを前記仮想３次元空間上に配置する被駆動体配置部と、前記被駆動体配置部が配置した前記被駆動体のモデルの投影画像を生成する投影画像生成部と、を有する。

本開示に係る工作機械制御装置によれば、入力したパラメータが適切であるかどうかを容易に確認することができる。

本開示の一実施形態に係る工作機械制御装置の構成を示すブロック図である。 図１の工作機械制御装置における被駆動体モデルと投影画像との関係を例示する図である。 図１の工作機械制御装置において生成される投影画像の一例である。 図１の工作機械制御装置において表示される入力画面を例示する図である。

以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本開示の一実施形態に係る工作機械１００の構成を示すブロック図である。工作機械１００は、複数の駆動軸を有する加工装置１と、加工装置１を制御する工作機械制御装置２と、を備える。工作機械制御装置２は、本開示に係る工作機械制御装置の一実施形態である。

加工装置１は、例えばテーブルＢ上に保持されるワークＷを、加工ヘッドＨに保持される工具Ｔによって切削加工する装置とすることができ、工具Ｔ（加工ヘッドＨ）をワークＷ（テーブルＢ）に対して相対移動可能な複数の駆動軸を有する。加工装置１の具体的な軸構成は特に限定されないが、例として、加工装置１は、複数の駆動軸として、直交する３つの直動軸Ａｘ，Ａｙ，Ａｚと、直動軸Ａｙに平行な回転軸Ａｂと、直動軸Ａｚに平行な回転軸Ａｃと、を有する５軸加工機とすることができる。

工作機械制御装置２は、加工装置１の各駆動軸Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ，Ａｂ，Ａｃを制御する。この工作機械制御装置２は、ＣＰＵ、メモリ等を有するコンピュータ装置に適切な制御プログラムを導入することによって実現することができる。この工作機械制御装置２は、加工装置１に付設される数値制御装置によって構成することができる。また、工作機械制御装置２は、その一部又は全部が工作機械制御装置２の数値制御装置から分離して設けられ、１又は複数の数値制御装置を管理する管理サーバによって構成されてもよい。また、工作機械制御装置２は、その一部又は全部が複数の工作機械に共用されてもよい。

工作機械制御装置２は、外部からの入力を処理する入力受付部１０と、駆動軸Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ，Ａｂ，Ａｃにより駆動される被駆動体を仮想３次元空間上にモデリングし、被駆動体をモデル化した被駆動体モデルの画像を生成するモデリング部２０と、オペレータの入力受付部１０への適切な入力を補助する表示、及びオペレータにモデリング部２０が生成した画像を提示する表示を行う表示制御部３０とを備える。また、工作機械制御装置２は、オペレータが入力可能な入力装置４０と、表示制御部３０が画像を表示するために利用可能な表示装置５０と、を備える。入力受付部１０、モデリング部２０及び表示制御部３０は、工作機械制御装置２を実現するための制御プログラムの機能を類別したものであって、その機能及びプログラム構造において明確に区分できるものでなくてもよい。

入力受付部１０は、オペレータによる入力を受付ける処理、工作機械制御装置２に着脱可能な記録媒体の読み取り処理、外部装置からの有線又は無線通信を介した情報入力の受付け処理等を制御する。入力受付部１０は、複数の駆動軸の動作条件を指定するパラメータが入力されるパラメータ設定部１１と、加工装置１の機械的構成を特定する機構タイプ情報が選択される機構タイプ設定部１２と、モデリング部２０が生成する画像の視点が選択される視点選択部１３と、を有する。

パラメータ設定部１１は、加工装置１を数値制御するパラメータの入力を受付け、入力されたパラメータをモデリング部２０に受け渡す。パラメータ設定部１１が受付けるパラメータとしては、加工装置１の動作量や位置を特定する数値とを含み得る。パラメータ設定部１１は、入力された複数のパラメータをそれぞれマジックナンバに紐づけて区別する。

機構タイプ設定部１２は、加工装置１の軸構成を選択する機構タイプ選択情報入力を受付け、入力された機構タイプ選択情報をモデリング部２０に受け渡す。機構タイプ設定部１２において選択される機構タイプとしては、例えば、３軸加工機、工具回転型４軸加工機、テーブル回転型４軸加工機、工具回転型５軸加工機、テーブル回転型５軸加工機、混合型５軸加工機等を挙げることができる。

視点選択部１３は、モデリング部２０が生成する画像の視点を選択する視点選択情報の入力を受付け、入力された視点選択情報をモデリング部２０に受け渡す。視点選択部１３は、予め設定される複数の視点の中からいずれか１つの視点を選択できるよう構成されてもよく、任意の視点位置を選択できるよう構成されてもよい。

モデリング部２０は、複数の駆動軸Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ，Ａｂ，Ａｃの構成を特定する複数の機構タイプ情報を記憶する機構情報処理部２１と、パラメータ設定部１１に入力されたパラメータに基づいて、図２に示すように、加工装置１の駆動軸Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ，Ａｂ，Ａｃによって駆動される１又は複数の被駆動体をモデル化した被駆動体モデルＭｈ，Ｍｐを仮想３次元空間上に配置する被駆動体配置部２２と、被駆動体配置部２２が配置した被駆動体モデルＭｈ，Ｍｐの投影画像Ｐ１、Ｐ２（図２参照）を生成する投影画像生成部２３と、を有する。図示する例において、被駆動体配置部２２が配置する被駆動体モデルとしては、加工装置１の工具Ｔを有する加工ヘッドＨのモデルＭｈ及びテーブルＢのモデルＭｂとすることができる。

機構情報処理部２１は、機構タイプ設定部１２から入力される機構タイプ選択情報に基づいて、駆動軸Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ，Ａｂ，Ａｃの軸構成を特定する。そして、機構情報処理部２１は、軸構成に基づいて、パラメータ設定部１１に入力されるパラメータから被駆動体モデルＭｈ，Ｍｐの位置（姿勢を含む）を算出する関係式、及び被駆動体配置部２２が配置すべき被駆動体モデルＭｈ，Ｍｐの形態を被駆動体配置部２２に提供する。被駆動体モデルＭｈ，Ｍｐは、図２に例示するように、各駆動軸を模式的に示す形態とすることができる。つまり、機構情報処理部２１を有することで、工作機械制御装置２は、異なる軸構成を有する複数の加工装置１を制御することができる。

被駆動体配置部２２は、機構タイプ設定部１２から入力される機構タイプ選択情報によって特定される駆動軸の構成に対応する被駆動体モデルを仮想３次元空間上にモデリングする。被駆動体配置部２２は、仮想３次元空間上の被駆動体モデルＭｈ，Ｍｂの位置を、機構情報処理部２１から提供される関係式に基づいて、パラメータ設定部１１に入力されたパラメータから算出する。また、被駆動体配置部２２は、被駆動体モデルＭｈ，Ｍｂの位置の基準として、加工装置１における基準点を仮想３次元空間上に配置してもよい。

被駆動体配置部２２が配置する被駆動体モデルＭｈ，Ｍｂは、相対位置を特定することができる最低限の形状を有する模式的なものとすることができる。また、加工ヘッドＨの被駆動体モデルＭｈは、回転軸Ａｂの角度位置及び工具Ｔのオフセット（長さ）を再現する形態とすることが好ましい。

被駆動体配置部２２は、機構タイプ設定部１２により機構タイプ情報が選択される前は、被駆動体モデル配置しないようにしてもよく、予め設定される初期機構タイプ情報に基づいて仮の被駆動体モデルを配置してもよい。機構タイプ情報が選択されるまで被駆動体モデル配置しないことで、オペレータが機構タイプ情報が選択されていないことを認知しやすくできる。また、機構タイプ情報が選択されるまで予め設定された初期機構タイプ情報に基づいて被駆動体モデルを配置することで、実際の機構タイプが初期機構タイプと合致する場合に、オペレータが入力を省略することができる。工作機械制御装置２が１つの加工装置１を制御する場合、初期機構タイプ情報を前回機構タイプ設定部１２を介して選択された機構タイプ情報とすれば、実質的にオペレータの入力が不要となる。

投影画像生成部２３は、視点選択部１３から入力される視点選択情報に従う視点から見た被駆動体モデルＭｈ，Ｍｂの投影画像Ｐ１、Ｐ２を作成する。投影画像生成部２３は、視点選択情報に従って１つの視点から見た被駆動体モデルＭｈ，Ｍｂの投影画像を作成すればよく、複数の視点から見た投影画像を逐次作成してもよい。図２には、視点選択情報がＸ軸方向の視点である場合のＹＺ平面投影画像Ｐ１、及び視点選択情報がＹ軸方向の視点である場合のＸＺ平面投影画像Ｐ２を同時に例示する。投影画像生成部２３は、投影画像を、例えばビットマップ形式、ＧＩＦ形式等の任意の画像フォーマットで出力してもよい。オペレータが視点選択部１３において選択した視点から見た投影画像を投影画像生成部２３が生成することにより、投影画像を用いたパラメータの検証が効率的となる。

投影画像生成部２３は、図３に例示するように、投影画像に、基準点からの距離情報を含めることが好ましい。移動量や距離は、例えばＩＳＯ１２９－１等に規定される製図法に準ずる形式の寸法線及び寸法補助線を用いた方法で図示することができる。このように、投影画像生成部２３が移動量等を含む投影画像を作成することによって、オペレータが作成された投影画像に基づいて入力受付部１０に入力したパラメータが適切であったかどうかを比較的容易に確認することができる。

投影画像生成部２３は、被駆動体モデルＭｈ，Ｍｂと共に座標系を示す情報を含む画像を生成することが好ましい。座標系を示す情報としては、３次元ＣＡＤ等で座標系を示すために用いられるものと同様に、例えばＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の方向をそれぞれ示す単位長さの矢印を投影画像の視点から見た図とすることができる。投影画像が座標系を示す情報を含むことによって、オペレータが投影画像の内容を容易に理解することができる。

投影画像生成部２３は、機構タイプ設定部１２により機構タイプ情報が選択される前は、被駆動体モデルを含まず座標系を示す情報を含む画像を生成してもよく、予め設定される初期機構タイプ情報に基づいて配置された被駆動体モデルを含む投影画像を生成してもよい。機構タイプ情報が選択されるまでは被駆動体モデルを含まず座標系を示す情報を含む画像を生成することで、オペレータが機構タイプ情報が選択されていないことを認知しやすくできる。また、機構タイプ情報が選択されるまでは予め設定された初期機構タイプの被駆動体モデルの投影画像を作成することで、実際の機構タイプが初期機構タイプと合致する場合に、オペレータが入力を省略することができる。

また、投影画像生成部２３は、視点選択部１３により機構タイプ情報が選択されてから投影画像を生成するようにしてもよく、視点選択部１３により機構タイプ情報が選択されていない場合は、予め設定される初期視点から見た投影画像を生成してもよい。投影画像生成部２３が初期視点から見た投影画像を生成して表示装置５０に表示することにより、オペレータがより好ましい視点を選択しやすくなる。

表示制御部３０は、投影画像生成部２３が生成した投影画像を表示する投影画像表示部３１と、オペレータの入力受付部１０に対するパラメータの入力を案内する入力案内表示部３２と、を有する。

投影画像表示部３１は、投影画像生成部２３が生成した投影画像を表示装置５０に表示させる。投影画像表示部３１により投影画像を表示する場合、表示装置５０の画面の一部に投影画像表示部３１により投影画像を表示する領域を確保し、他の領域に機構タイプ設定部１２及び視点選択部１３の少なくとも一方の入力補助する表示等を行ってもよい。

入力案内表示部３２は、各駆動軸Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ，Ａｂ，Ａｃの動作条件を指定するパラメータの入力を案内する入力画面を表示する。入力案内表示部３２が表示する入力画面は、図４に例示するように、パラメータを入力するボックスを表示するものとすることができる。また、入力案内表示部は、視点選択部１３への入力や機構タイプ設定部１２への入力を案内する表示を行うことが好ましい。これらの表示は、同じ画面に同時に行われてもよく、画面（ページ）を切り換えることで案内する入力内容が変化するようにしてもよい。投影画像表示部３１による投影画像の表示と同時に、視点選択部１３への入力や機構タイプ設定部１２への入力を案内する表示を行う場合、モデリング部２０との間で遅滞なく情報の入出力を行いリアルタイムに投影画像を変化させることが好ましい。

入力装置４０は、入力受付部１０に情報を入力する装置であり、例えばキーボード、マウス、タッチセンサ等によって構成することができる。

表示装置５０は、表示制御部が被駆動体モデルＭｈ，Ｍｂの投影画像や、入力画面を表示する装置であり、例えば液晶ディスプレイパネル、有機ＥＬディスプレイパネル等によって構成することができる。また、入力装置４０及び表示装置５０は、例えばタッチパネルのように一体に構成されてもよい。

以上のように、本実施形態に係る工作機械制御装置２及び工作機械制御装置２を備える工作機械１００は、パラメータ設定部１１に入力されたパラメータに基づいて、被駆動体モデルＭｈ，Ｍｂを仮想３次元空間上に配置する被駆動体配置部２２と、被駆動体配置部２２が配置した被駆動体モデルＭｈ，Ｍｂの投影画像Ｐ１，Ｐ２を生成する投影画像生成部２３とを有する、モデリング部２０を備えるため、投影画像Ｐ１，Ｐ２を確認することによりパラメータ設定部１１に入力したパラメータが適切であるかどうかを比較的容易に確認することができる。

以上、本開示の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限るものではない。また、本実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

本開示に係る工作機械制御装置は、表示部を有さず、例えばサーバ等の外部装置に投影画像のデータを出力するものであってもよい。

本開示に係る工作機械制御装置は、特定の加工装置専用に設計される場合、機構タイプ設定部を有さず、専用に設計された加工装置の機構タイプ情報のみを記憶する機構情報処理部を有する構成とされてもよい。

本開示に係る工作機械制御装置は、視点選択部を有さず、予め定められた１又は複数の視点から見た投影画像を作成する画像生成部を有する構成とされてもよい。

本開示に係る工作機械制御装置において、画像生成部は、座標系を示す情報を含まない投影画像を生成してもよい。この場合、工作機械制御装置は、投影画像と共に座標系を示す情報を表示する構成を有することが好ましい。

１ 加工装置
２ 工作機械制御装置
１０ 入力受付部
１１ パラメータ設定部
１２ 機構タイプ設定部
１３ 視点選択部
２０ モデリング部
２１ 機構情報処理部
２２ 被駆動体配置部
２３ 投影画像生成部
３０ 表示制御部
３１ 投影画像表示部
３２ 入力案内表示部
４０ 入力装置
５０ 表示装置
１００ 工作機械

Claims (4)

1. 複数の駆動軸を有する工作機械を制御する工作機械制御装置であって、
   外部からの入力を受付ける入力受付部と、
   前記駆動軸により駆動される被駆動体を仮想３次元空間上にモデリングするモデリング部と、
   を備え、
   前記入力受付部は、前記複数の駆動軸の動作条件を指定するパラメータが入力されるパラメータ設定部を有し、
   前記モデリング部は、
   前記パラメータ設定部に入力された前記パラメータに基づいて、前記被駆動体のモデルを前記仮想３次元空間上に配置する被駆動体配置部と、
   前記被駆動体配置部が配置した前記被駆動体のモデルの投影画像を生成する投影画像生成部と、
   を有し、
   前記投影画像生成部は、前記投影画像に、寸法線及び寸法補助線を用いた方法で図示する前記被駆動体のモデルの前記工作機械の基準点からの距離情報を含め、
   前記モデリング部は、前記複数の駆動軸の構成を特定する複数の機構タイプ情報を記憶する機構情報処理部をさらに有し、
   前記入力受付部は、前記複数の機構タイプ情報のいずれかの選択を受付ける機構タイプ設定部をさらに有し、
   前記被駆動体配置部は、前記機構タイプ設定部により選択された前記機構タイプ情報に基づいて前記被駆動体のモデルを配置し、
   前記投影画像生成部は、前記機構タイプ設定部により前記機構タイプ情報が選択される前は、前記被駆動体のモデルを含まず、座標系を示す情報を含む画像を生成する、工作機械制御装置。
2. 前記入力受付部は、前記仮想３次元空間における視点の選択を受付ける視点選択部をさらに有し、
   前記投影画像生成部は、前記視点選択部により選択された前記視点から見た前記被駆動体のモデルの投影画像を生成する、請求項１に記載の工作機械制御装置。
3. 前記投影画像生成部が生成した前記投影画像を表示する表示制御部をさらに備える、請求項１または２に記載の工作機械制御装置。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の工作機械制御装置と、
   前記工作機械制御装置によって制御される複数の駆動軸と、
   を備える工作機械。

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