JP7414507B2

JP7414507B2 - 制御装置、計測システム、計測方法

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Publication number: JP7414507B2
Application number: JP2019226291A
Authority: JP
Inventors: 慎一郎板倉
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-12-16
Filing date: 2019-12-16
Publication date: 2024-01-16
Anticipated expiration: 2039-12-16
Also published as: US20210180932A1; JP2021096561A; US11740062B2; CN112987646A; DE102020132957A1

Description

本発明は、産業機械の制御装置、計測システム、計測方法に関する。

製造現場では、工作機械や産業ロボットなど、様々な産業機械が利用されている。産業機械の中でも特に工作機械では、加工プログラムを実行してワークを加工する際に、ワークの基準位置を工作機械に設定する必要がある。そのため、工作機械において、主軸にプローブを取り付け、プローブとワークとの接触を検出することにより、ワークの位置計測や寸法測定が行われている。

従来、「穴測定」、「点測定」、「コーナ―測定」、「工具長測定」、「工具径測定」等の測定種別ボタンを提示し、測定種別の１つを選択すると、選択された測定種別に対応する測定プログラムと測定動作工程が呼び出される。表示部には、測定に必要な操作ボタンや測定結果が表示され、オペレータは表示画面に従ってプローブを操作することで、ワーク座標系が設定できる。例えば、特許文献１参照。

上述のように、プローブを操作する際、プローブの移動方向は、「＋Ｘ」「－Ｙ」など正負の符号と軸の名称で表現されるため、どの軸をどの方向に移動しているのかを想像しながらプローブを操作する必要がある。

他のワーク座標系の設定方法として、プログラムを使用する方法もある。この方法では、制御装置の中にワークの測定方法を選択するためのテンプレートを記憶させ、そのテンプレートにワークの大まかな大きさやプローブの移動方向を入力する。オペレータは、テンプレートで規定された位置までプローブを移動させ、プログラムを実行して、自動でワークの基準点を計測する。

特開２００８－１１１７７０号公報

自動でワーク座標系の基準点を計測する場合、プローブの最初の移動方向（例えば、規定されたプローブの位置に対するワークが存在する方向）を数値制御装置に入力する必要がある。このとき、プローブの移動方向が正確に入力されなければ、プローブが想定外の方向に移動することがある。

このような課題に対応するためには、産業機械におけるプローブの移動方向を認識しやすくするための機構が必要である。

本開示の一態様における制御装置は、プローブを制御しワークの位置を計測する産業機械の制御装置であって、プローブに対するユーザからの手動操作を受け付ける手動操作部と、手動操作によるプローブの移動履歴を記録する移動履歴記録部と、ワークの計測プログラムを作成する計測プログラム作成部と、手動操作によるプローブの移動履歴に基づき、計測プログラムの作成に使用するプローブの移動方向の候補をユーザに提示する移動方向提示部と、提示した移動方向に関するユーザの入力を受け付ける入力部と、を備え、計測プログラム作成部は、入力部が受け付けたユーザの入力を用いて、ワークの計測プログラムを作成する。

本開示の一態様における計測システムは、プローブを制御しワークの位置を計測する計測システムであって、プローブに対するユーザからの手動操作を受け付ける手動操作部と、手動操作によるプローブの移動履歴を記録する移動履歴記録部と、ワークの計測プログラムを作成する計測プログラム作成部と、手動操作によるプローブの移動履歴に基づき、計測プログラムの作成に使用するプローブの移動方向の候補をユーザに提示する移動方向提示部と、前記提示した移動方向に関するユーザの入力を受け付ける入力部と、を備え、計測プログラム作成部は、入力部が受け付けたユーザの入力を用いて前記ワークの計測プログラムを作成する。

本開示の一態様における計測方法は、プローブを制御しワークを計測する計測方法であって、プローブに対するユーザからの手動操作を受け付け、手動操作によるプローブの移動履歴を記録し、プローブの移動履歴に基づき、計測プログラムに設定する前記プローブの移動方向をユーザに提示し、提示した移動方向に関するユーザの入力を受け付け、ユーザの入力を用いて、ワークの計測プログラムを作成する。

本発明の一態様によれば、産業機械におけるプローブの移動方向が認識しやすくなる。

本開示における数値制御装置のハードウェア構成図である。本開示における数値制御装置のブロック図である。移動履歴の構成例を示す図である。プローブの移動方向の候補を提示する画面の一例を示す図である。移動方向の推定方法を説明する図である。本開示における数値制御装置のワーク計測手順を示す図である。

以下、本開示の制御装置としての数値制御装置１００を説明する。図１における数値制御装置１００が備えるＣＰＵ１１１は、数値制御装置を全体的に制御するプロセッサである。ＣＰＵ１１１は、バス１２２を介してＲＯＭ１１２に格納されたシステム・プログラムを読み出し、該システム・プログラムに従って数値制御装置１００の全体を制御する。ＲＡＭ１１３には一時的な計算データや表示データ、入力部７１を介してユーザが入力した各種データ等が一時的に格納される。

表示部７０は、数値制御装置１００に付属のモニタなどである。表示部７０は、後述するテンプレート１７の選択画面、ワークデータ入力画面などを表示する。

入力部７１は、表示部７０と一体、又は、表示部７０とは別のキーボード、タッチパネルなどである。ユーザは入力部７１を操作して、表示部７０に表示された画面への入力などを行う。

不揮発性メモリ１１４は、例えば、図示しないバッテリでバックアップされるなどして、数値制御装置１００の電源がオフされても記憶状態が保持されるメモリである。不揮発性メモリ１１４には、図示しないインタフェースを介して外部機器から読み込まれたプログラムや入力部７１を介して入力されたプログラム、数値制御装置１００の各部や工作機械２００等から取得された各種データ（例えば、工作機械２００から取得した設定パラメータ等）が記憶される。不揮発性メモリ１１４に記憶されたプログラムや各種データは、実行時／利用時にはＲＡＭ１１３に展開されてもよい。また、ＲＯＭ１１２には、各種のシステム・プログラムがあらかじめ書き込まれている。

工作機械２００の各軸を制御するコントローラ４０は、ＣＰＵ１１１からの軸の移動指令をパルス信号に変換しドライバ４１に出力する。ドライバ４１はパルス信号を電流に変換してモータ４２を駆動する。

駆動部（主軸等）には、プローブ５０が取り付けられている。モータ４２は、プローブ５０とワークとを相対的に移動させる。本開示では、プローブ５０とワーク５１とは、ＸＹＺの３軸方向に相対移動とするが、４軸や５軸に移動してもよい。

プローブ５０とは、測定対象の位置を検出する装置である。本開示のプローブ５０は、測定対象であるワーク５１との接触を検出する。プローブ５０は、赤外線などを用いて非接触で位置検出してもよい。

手動操作部１０は、モータ４２の手動操作を受け付ける。モータ４２が移動させる駆動部にはプローブ５０が取り付けられている。モータ４２を操作すると、プローブ５０が工作機械２００の軸に沿って移動する。ユーザは、プローブ５０を操作して計測開始位置Ｍ_ＳＴＲにプローブを配置する。

図２を参照して、数値制御装置１００について説明する。図２は数値制御装置１００のブロック図である。数値制御装置１００は、ユーザからの手動操作を受け付ける手動操作部１０と、手動操作によるプローブの移動履歴を記録する移動履歴記録部１１と、ワーク５１の計測プログラムを作成する計測プログラム作成部１２と、ワークデータの入力を受け付けるワークデータ入力処理部１３と、プローブ５０の移動方向の候補をユーザに提示する移動方向提示部１４と、計測プログラムに必要なデータの入力を受け付ける計測データ入力処理部１５と、計測プログラムに従いワーク５１の計測を行うワーク計測部１６と、を備える。

手動操作部１０は、プローブ５０の手動操作を受け付ける。手動操作部１０の種類は、ボタン、ハンドル、タッチパネル、キーボード、レバー、ダイヤルなどが考えられるが特に限定しない。工作機械２００の駆動部には、プローブ５０が取り付けられている。手動操作部１０を操作すると、工作機械２００の軸に沿ってプローブ５０が移動する。図２の工作機械２００において、プローブ５０は、ＸＹＺの３軸方向に移動する。なお、手動操作部１０は、工作機械２００に設けてもよい。プローブ５０の移動量は、コントローラ４０に出力した指令量を基に算出することができる。

移動履歴記録部１１は、手動操作部１０により操作されたプローブ５０の移動履歴を記憶部５２に記録する。プローブ５０の移動履歴は、工作機械２００の軸ごとに記録することが望ましい。プローブ５０の移動履歴としては、図３（ａ）の表のように最後の移動についてのみ記録してもよいし、図３（ｂ）の表のようにプローブ５０の移動を開始してから終了するまでの全ての移動を記録してもよい。また、図３（ｃ）の表のように移動方向のみを記録してもよい。また、手のブレや誤入力などによる、ユーザの意図しない移動を記録対象から除外してもよい。本開示では、移動方向提示部１４がデータの選別を行う（後述）。

計測プログラム作成部１２は、複数のテンプレート１７、ワークデータ入力処理部１３、移動方向提示部１４を含む。テンプレート１７は、計測するワークの形状、計測方法ごとに準備されている。

ワークデータ入力処理部１３は、選択されたテンプレート１７に対応する入力画面を表示部７０に表示する。この入力画面（以下、ワークデータ入力画面という）では、ワーク５１の寸法、プローブ５０の移動方向、プローブ５０の移動量などの入力を受け付ける。本開示では、ワークデータ入力画面に、プローブ５０の移動方向の候補が提示される。ユーザは、提示された候補を参考にしながら移動方向を入力する。

移動方向提示部１４は、プローブ５０の移動履歴を基にプローブ５０の移動方向を推定し、推定した移動方向を、移動方向の候補としてユーザに提示する。以下、移動方向の推定方法について説明する。この例では、形状が直方体のワーク５１を計測し、Ｙ軸方向の端面を基準面としてワーク座標系を設定する例について説明する。

ワーク５１の形状を直方体、計測対象をＹ軸方向の端面、計測内容をワーク座標系の設定というテンプレートが選択された場合、ワークデータ入力処理部１３は、テンプレートに対応するワークデータ入力画面を表示する。

図４は、ワークデータ入力画面の一例である。ワークデータ入力画面の右側には、プローブ５０の手動による移動開始位置Ｉ_ＳＴＲと、プローブ５０の現在位置Ｉ_ＣＲＴが表示されている。この画面には、右上には「移動候補：↓」という文字が表示されており、プローブ５０の移動方向の候補が提示される。
計測データ入力画面の左側には、プローブ５０の移動方向の入力領域２１と、プローブ５０の移動距離の入力領域２２がある。移動方向の入力領域２１にはポップアップ画面２３が重ねて表示され、ポップアップ画面２３には、「提示内容：－Ｙ軸方向に計測でいいですか？」というプローブの移動方向の候補が提示される。ユーザは、この表示を参考にプローブ５０の実際の移動方向を指定することができる。

上述のように、移動方向の候補を提示することにより、数値制御装置１００が認識する機械座標系上のワーク５１の位置と、ユーザが目視で確認した位置関係とのズレが補正される。具体的に説明すると、工作機械２００にワーク５１を設置した時点では、数値制御装置１００は、ワーク５１の位置を認識していない。そのため、どちらの方向にどれだけプローブ５０を移動させればワーク５１を計測できるのか、数値制御装置１００に指定しなければならない。ワーク５１とプローブ５０との位置関係はユーザが入力するが、機械座標系上のワーク５１の位置と、ユーザが目視で確認した位置関係には感覚的なズレが生じることがある。本開示の数値制御装置１００は、手動によるプローブ５０の移動履歴を基にプローブ５０とワーク５１との位置関係を推定し、その結果をユーザに提示することにより、ワーク計測開始時の誤入力を防止する。

次いで、プローブ移動方向の推定方法について説明する。なお、この例ではＹ軸の端面を計測することを前提としているので、Ｙ軸方向の移動候補のみをユーザに提示する。プローブ５０の計測開始位置をＭ_ＳＴＲとすると、計測開始位置Ｍ_ＳＴＲにプローブ５０を移動させる経路として図５（ａ）～（ｃ）が考えらえる。図５（ａ）の経路では、まず、［１］Ｘ軸プラス方向、［２］Ｙ軸マイナス方向、［３］Ｘ軸プラス方向、［４］Ｙ軸マイナス方向、［５］Ｘ軸プラス方向、［６］Ｙ軸マイナス方向、［７］Ｘ軸プラス方向、［８］Ｙ軸マイナス方向にプローブ５０を移動させて計測開始位置Ｍ_ＳＴＲにプローブ５０を配置する。図５（ｂ）の経路では、［１］Ｙ軸プラス方向、［２］Ｘ軸プラス方向、［３］Ｙ軸マイナス方向、［４］Ｘ軸マイナス方向、［５］Ｙ軸マイナス方向にプローブ５０を移動させて計測開始位置Ｍ_ＳＴＲにプローブ５０を配置する。図５（ｃ）の経路では、［１］Ｘ軸プラス方向、［２］Ｙ軸マイナス方向、［３］Ｘ軸マイナス方向、［４］Ｙ軸プラス方向にプローブ５０を移動させて計測開始位置Ｍ_ＳＴＲにプローブ５０を配置する。

図５（ａ）の例では、Ｙ軸方向の全ての移動［２］、［４］、［６］、［８］でマイナス方向に移動させているため、ワーク５１はプローブ５０に対しＹ軸マイナス方向に存在することが推定できる。図５（ｂ）の例では、［１］ではＹ軸プラス方向に大きく移動するが、その後、［３］、［５］でＹ軸マイナス方向に移動する。最後の移動又は終盤の移動でＹ軸マイナス方向に移動させているため、ワーク５１はプローブ５０に対してＹ軸マイナス方向に存在することが推定できる。図５（ｃ）の例では、［２］でＹ軸マイナス方向に移動したのち、［４］でＹ軸プラス方向に移動している。最後の移動はＹ軸プラス方向であるが、その移動量は小さく、［２］と［４］の移動量の和を求めると、プローブ５０はＹ軸マイナス方向に移動しており、［２］での移動量を補正していると考えられる。このように、図５（ａ）の場合は、全体の移動方向、図５（ｂ）の場合は、最後又は終盤の移動方向、図５（ｃ）の場合は、終盤の移動方向と移動量を基に移動方向が推定できる。

移動方向提示部１４は、前述のような、全体の移動方向、最後又は終盤の移動方向、移動方向と移動量の和などから、プローブ５０の移動方向、すなわち、プローブ５０に対するワーク５１の方向を推定する。推定した移動方向の候補は、上述したように、ワークデータ入力画面やポップアップ画面２３に表示される。

なお、移動方向の推定を行う際、移動方向提示部１４は、移動量が小さいデータを推定の対象データから除外する。手動でプローブ５０を移動させる場合、手のブレや反応の遅れなどにより、プローブ５０の操作が変動することがある。移動方向提示部１４は、所定の閾値との比較などを行い、移動量の十分大きな操作のみを、ユーザの意識的な操作として採用する。

計測プログラム作成部１２は、ユーザが選択したテンプレート１７と、ワークデータ入力画面に入力された情報とを基に、ワーク５１の計測プログラムを作成する。ワーク計測部１６は、ワーク計測プログラムに従いワーク５１の計測を行う。上述の端面を基準面としたワーク座標系の設定の例では、端面を基準面として測定し、ワーク５１の基準線を測定し、機械座標系とのズレを補正し、ワーク座標系の原点を設定する。

次いで、図６のフローチャートを参照して、ワーク５１の計測方法について説明する。最初に、計測したいワーク５１を工作機械に取り付ける（ステップＳ１１）。ワーク５１を工作機械２００に取り付けた後、ワーク５１の計測開始を指定する。計測開始の指定は、手動操作部１０により操作が可能となる手動モードへの切替で代用してもよい（ステップＳ１２）。

次いで、ユーザは、手動操作部１０を操作して、ワーク５１の近くにプローブ５０を手動で移動させる（ステップＳ１３）。この間、移動履歴記録部１１は、手動操作部１０の移動量を算出し、プローブ５０の移動履歴を記憶部５２に記録する（ステップＳ１４）。

プローブ５０を計測開始位置Ｍ_ＳＴＲまで移動させ（ステップＳ１５）、ユーザがテンプレート１７の選択を指示すると、計測プログラム作成部１２は、ユーザが選択したテンプレート１７に応じたワークデータ入力画面を表示する（ステップＳ１６）。ステップＳ１６と同時に、移動方向提示部１４は、プローブ５０の移動方向の候補を推定し（ステップＳ１７）、推定した候補をワークデータ入力画面に提示する。図４の例では、ワークデータ入力画面の右側には、プローブ５０の移動開始位置Ｉ_ＳＴＲとプローブ５０の現在位置Ｉ_ＣＲＴ、移動方向提示部１４が推測した計測方向が画面右上に「移動候補：↓（－Ｙ方向）」で提示される。一方、ワークデータ入力画面の左側には、プローブ５０の移動方向を入力する入力領域２１と、ワーク５１とプローブ５０との距離を入力する入力領域２２が存在する。プローブ５０の移動方向を入力する入力領域２１にはポップアップ画面２３が重ねて表示され、ポップアップ画面２３には、「提示内容：－Ｙ軸方向に計測でいいですか？」というプローブ５０の移動方向の候補が提示される（ステップＳ１８）。

ユーザは、ワークデータ入力画面の表示や実際の工作機械２００の配置などを確認しながら、プローブ５０の移動方向とプローブ５０の移動距離を入力する（ステップＳ１９）。計測プログラム作成部１２は、ワークデータ入力画面に入力されたワーク寸法、プローブ５０の移動方向などを基に計測プログラムを作成する（ステップＳ２０）。ワーク計測部１６は、計測プログラム作成部１２が作成した計測プログラムを解析し、ワーク５１の計測を行う（ステップＳ２１）。

以上、ここまで、ワーク５１の計測を行う数値制御装置１００、及びワーク５１の計測方法について説明したが、本開示は上述の例に限定されるものではなく、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、上述の開示では、Ｙ軸方向の端面を基準面とするワーク座標系の設定を行ったが、計測対象の形状及び計測内容はこれに限定されず、球、円筒、穴、傾斜面など他の形状のワーク５１にも適用できる。また、プローブ５０の移動方向の提示方法も上記のものに限定しない。また、本開示の工作機械は制御軸数が３軸以上のマシニングセンタの例を記載しているが、制御軸数や機械種類によらず実施することができ、例えば２軸制御の旋盤でも可能である。

また、上述の開示では、プローブ５０を手動操作した後、テンプレート１７を選択し、ワークデータ入力画面を表示したが、処理の順序は、これに限定されず、プローブ５０の手動操作の前にテンプレート１７を選択したり、テンプレート１７の選択と同時にワーク寸法を入力したりしてもよい。本開示の第１の要旨は、手動操作によるワーク５１の移動履歴を基に、ワーク５１とプローブ５０との位置関係を推定し、ユーザに提示することであり、その他の手順は適宜変更してもよい。

１００数値制御装置
１１１ＣＰＵ
１０手動操作部
１１移動履歴記録部
１２計測プログラム作成部
１４移動方向提示部
１６ワーク計測部
５０プローブ
５１ワーク
５２記憶部
７０表示部
７１入力部
２００工作機械

Claims

プローブを制御しワークの位置を計測する産業機械の制御装置であって、
前記プローブに対するユーザからの手動操作を受け付ける手動操作部と、
前記手動操作による前記プローブの移動履歴を記録する移動履歴記録部と、
前記ワークの計測プログラムを作成する計測プログラム作成部と、
前記手動操作による前記プローブの移動履歴に基づき、前記計測プログラムの作成に使用する前記プローブの移動方向の候補をユーザに提示する移動方向提示部と、
前記提示した移動方向に関するユーザの入力を受け付ける入力部と、を備え、
前記計測プログラム作成部は、前記入力部が受け付けたユーザの入力を用いて、前記ワークの計測プログラムを作成する、制御装置。
前記移動履歴記録部は、前記ワークの計測開始位置に前記プローブを移動する際の手動操作の移動履歴を記録する、前記請求項１記載の制御装置。
前記産業機械は、複数の軸を有し、
前記移動履歴記録部は、前記軸ごとの移動履歴を記録し、
前記移動方向提示部は、軸ごとの移動方向の候補をユーザに提示する、請求項１記載の制御装置。
前記移動方向提示部は、前記移動履歴の最後又は終盤の移動方向に基づき、前記プローブの移動方向の候補をユーザに提示する、請求項１記載の制御装置。
前記移動方向提示部は、前記移動履歴における前記プローブの移動量を基に、前記プローブの移動方向の候補をユーザに提示する、請求項１記載の制御装置。
前記移動履歴記録部は、前記プローブの移動量を記録し、
前記移動方向提示部は、移動量が十分に大きい移動履歴のみを、移動方向の推定に用いる、請求項１記載の制御装置。
プローブを制御しワークを計測する計測システムであって、
前記プローブに対するユーザからの手動操作を受け付ける手動操作部と、
前記手動操作による前記プローブの移動履歴を記録する移動履歴記録部と、
前記ワークの計測プログラムを作成する計測プログラム作成部と、
前記手動操作による前記プローブの移動履歴に基づき、前記計測プログラムの作成に使用する前記プローブの移動方向の候補をユーザに提示する移動方向提示部と、
前記提示した移動方向に関するユーザの入力を受け付ける入力部と、を備え、
前記計測プログラム作成部は、前記入力部が受け付けたユーザの入力を用いて前記ワークの計測プログラムを作成する、計測システム。
プローブを制御しワークを計測する計測方法であって、
前記プローブに対するユーザからの手動操作を受け付け、
前記手動操作による前記プローブの移動履歴を記録し、
前記プローブの移動履歴に基づき、計測プログラムに設定する前記プローブの移動方向をユーザに提示し、
前記提示した移動方向に関するユーザの入力を受け付け、
前記ユーザの入力を用いて、前記ワークの計測プログラムを作成する、計測方法。