JP7506147B2

JP7506147B2 - 数値制御装置

Info

Publication number: JP7506147B2
Application number: JP2022501870A
Authority: JP
Inventors: 庸士大西
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2020-02-20
Filing date: 2021-02-15
Publication date: 2024-06-25
Anticipated expiration: 2041-02-15

Description

本発明は、数値制御装置に関する。

従来より、手動ハンドルにより軸送りを行う工作機械において、負荷に応じて音や振動を発生させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１は、負荷検出手段による検出負荷の大小に応じて報知手段の音や振動の種類を変化させる制御手段を備える工作機械を開示している。

特開平０６－１９０６９１号公報

このような手動ハンドルは、ハンドルの回転量に応じたパルスを数値制御装置に通知する機能しか有していない。そのため、手動ハンドルは、手動ハンドルモード以外の操作では使用されず、手動ハンドルモード以外の操作は、機械操作盤のボタン等によって行われる。よって、手動ハンドルを用いる操作と機械操作盤と用いる操作との間において操作対象を切り替える必要があった。また、機械操作盤は、必要に応じてボタン及びスイッチ等を設ける必要があった。したがって、工作機械の操作性を向上させることができる数値制御装置が望まれている。

本開示に係る数値制御装置は、軸を手動操作により移動する手動ハンドルを有する工作機械を制御する数値制御装置であって、前記工作機械の制御モードを判定する制御モード判定部と、前記制御モード判定部により判定された前記制御モードに基づいて前記手動ハンドルにおいてハプティックフィードバックを生成させるハプティック制御部と、前記ハプティックフィードバックが生成される前記手動ハンドルの回転操作により前記数値制御装置による工作機械の制御を行う手動ハンドル制御部と、を備える。

本発明によれば、工作機械の操作性を向上させることができる。

本実施形態に係る数値制御装置及び工作機械の構成を示す図である。制御モードがジョグモードである場合の例を示す図である。制御モードが自動運転モードである場合の例を示す図である。数値制御装置の処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態の一例について説明する。
図１は、数値制御装置１及び工作機械２の構成を示す図である。数値制御装置１及び工作機械２は、バス（図示せず）等によって接続されており、工作機械２は、数値制御装置１の制御に従って動作する。

図１に示すように、数値制御装置１は、制御部１１と、記憶部１２と、サーボアンプ１３と、ＰＬＣ（ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＬｏｇｉｃＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）１４と、を備える。

制御部１１は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）等のプロセッサであり、記憶部１２に記憶されたプログラムを実行することによって、手動ハンドル制御部１１１、動作定義部１１２、制御モード判定部１１３、選択部１１４、パラメータ決定部１１５及びハプティック制御部１１６として機能する。

記憶部１２は、ＲＯＭ（ｒｅａｄｏｎｌｙｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍａｃｃｅｓｓｍｅｍｏｒｙ）、不揮発性メモリ、ハードディスクドライブ等で構成され、各種のデータを記憶する。
例えば、記憶部１２は、後述する動作定義データ、パラメータ等を記憶する。

サーボアンプ１３は、制御部１１から受け付けた軸の移動指令を増幅し、工作機械２のサーボモータ２１を駆動する。
ＰＬＣ１４は、制御部１１からバスを介してＭ（補助）機能信号、Ｓ（スピンドル速度制御）機能信号、Ｔ（工具選択）機能信号等を受け付ける。そして、ＰＬＣ１４は、これらの信号をシーケンス・プログラムによって処理し、処理された出力信号を工作機械２へ出力する。ＰＬＣ１４は、出力信号によって工作機械２内の空圧機器、油圧機器、電磁アクチュエータ等を制御する。

また、ＰＬＣ１４は、工作機械２の機械操作盤２２のボタン信号、スイッチ信号、手動ハンドル信号等の各種信号を受け付け、受け付けた各種信号をシーケンス処理する。そして、ＰＬＣ１４は、シーケンス処理された各種信号を、バスを介して制御部１１へ送信する。

工作機械２は、サーボモータ２１と、機械操作盤２２と、を備える。なお、本明細書では、工作機械２の他の構成は、説明の簡素化のため省略するが、工作機械２は、一般的な工作機械の構成を有する。

サーボモータ２１は、サーボアンプ１３から受け付けた軸の移動指令により軸を駆動する。
機械操作盤２２は、ボタン及びスイッチ２２１と、手動ハンドル２２２と、を備える。
ボタン及びスイッチ２２１は、機械的なボタン及びスイッチを含む。ボタン及びスイッチ２２１は、機械的なボタン又はスイッチが押されると、ボタン信号及びスイッチ信号をＰＬＣ１４へ出力する。

手動ハンドル２２２は、１又は複数の軸を手動操作により移動する。手動ハンドル２２２は、パルス生成部２２２１と、ドライバ２２２２と、アクチュエータ２２２３と、ハンドル部２２２４と、を備える。

パルス生成部２２２１は、ハンドル部２２２４を＋方向又は－方向に回転させると、その回転に応じてパルス信号を出力する。このパルス信号は、回転方向を判別するための二相のパルスであって、バスを介して制御部１１へ送信される。そして、制御部１１の手動ハンドル制御部１１１は、このパルス信号に基づいて工作機械２の軸の移動指令をサーボアンプ１３へ送信する。

ドライバ２２２２は、制御部１１のハプティック制御部１１６から制御信号を受け付け、ハプティックフィードバックを生成するための駆動信号をアクチュエータ２２２３へ出力する。

アクチュエータ２２２３は、ドライバ２２２２からの駆動信号によって駆動され、ハプティックフィードバックを生成する。アクチュエータ２２２３は、例えば、電気モータ、電磁気アクチュエータ、形状記憶合金、電気活性ポリマー、ソレノイド、偏心モータ、リニア共振アクチュエータ、又は圧電アクチュエータ等であってもよい。また、アクチュエータ２２２３は、複数の異なるアクチュエータで構成されてもよい。

ハンドル部２２２４は、機械的な手動ハンドルで構成され、例えば、作業者によって操作される。

手動ハンドル制御部１１１は、制御モード判定部１１３により判定された制御モードに基づいて、ハプティックフィードバックが生成される手動ハンドル２２２の回転操作により数値制御装置１による工作機械の制御を行う。

具体的には、手動ハンドル制御部１１１は、手動ハンドル２２２の回転操作に応じてパルス生成部２２２１から出力されたパルス信号を受け付ける。そして、手動ハンドル制御部１１１は、制御モード及びパルス信号に基づいて工作機械２の軸の移動指令をサーボアンプ１３へ送信する。これにより、数値制御装置１は、工作機械２の手動ボタン等を用いずに、手動ハンドル２２２の回転操作により数値制御装置１による工作機械の制御を行うことができる。

動作定義部１１２は、手動ハンドル２２２において生成されるハプティックフィードバックを定義する動作定義データを設定する。

動作定義データは、例えば、工作機械２の制御モードと、工作機械２の動作と、ハプティックフィードバックの種別と、を関連付ける。動作定義データは、記憶部１２に記憶される。
ここで、工作機械２の制御モードは、例えば、手動ハンドルモード、ジョグ送りモード、インクレメンタルモード及び自動運転モードを含む。なお、工作機械２の制御モードは、機械操作盤２２の操作により設定される。

手動ハンドルモードは、従来からの作業者によって手動で手動ハンドル２２２を回すことによって、軸を移動することができるモードである。
ジョグ送りモードは、手動ハンドル２２２を特定の位置まで回したとき、軸を－（マイナス）方向及び＋（プラス）方向へ移動することができるモードである。
インクレメンタルモードは、手動ハンドル２２２を特定の位置まで回したとき、軸を現在位置又は移動位置から所定の移動量で移動することができるモードである。
自動運転モードは、手動ハンドル２２２を特定の位置まで回したとき、プログラムを自動運転することができるモードである。

本実施形態に係る数値制御装置１は、これらの制御モードを手動ハンドル２２２におけるハプティックフィードバックにより実現する。

工作機械２の動作は、例えば、軸を－（マイナス）方向へ移動すること、軸を＋（プラス）方向へ移動すること、軸を所定の移動量移動すること、プログラムを自動運転すること等を含む。
ハプティックフィードバックの種別は、例えば、デテントのような抵抗触覚や、振動触覚等を含む。

制御モード判定部１１３は、工作機械２の制御モードを判定する。具体的には、制御モード判定部１１３は、工作機械２の制御モードが、前回の制御モードから変更されているか否かを判定する。

選択部１１４は、動作定義データ及び制御モードに基づいて、ハプティックフィードバックの種別を選択する。例えば、選択部１１４は、制御モードがジョグモードの場合、動作定義データにおいて制御モードと関連付けられるデテントのような抵抗触覚を、ハプティックフィードバックの種別として選択する。

パラメータ決定部１１５は、選択部１１４により選択されたハプティックフィードバックの種別に基づいて、ハプティックフィードバックに関するパラメータを決定する。ここで、ハプティックフィードバックの種別は、ハプティックフィードバックに関するパラメータと関連付けられる。ハプティックフィードバックの種別及びハプティックフィードバックに関するパラメータは、記憶部１２に記憶される。

ハプティックフィードバックに関するパラメータは、ハプティックフィードバックの大きさ、方向、周波数、持続期間、振幅、強度、密度等を含む。

ハプティック制御部１１６は、制御モード判定部１１３により判定された制御モードに基づいて、手動ハンドル２２２においてハプティックフィードバックを生成させる。具体的には、ハプティック制御部は、制御モードに基づいて、パラメータ決定部１１５により決定されたパラメータを用いて制御信号を生成し、制御信号をドライバ２２２２へ通知する。これにより、ハプティック制御部１１６は、手動ハンドル２２２においてハプティックフィードバックを生成させる。

図２は、制御モードがジョグモードである場合の例を示す図である。図２に示すように、手動ハンドルモードにおいて、手動ハンドル２２２は、ハプティックフィードバックを生成せず、手動で手動ハンドル２２２を回すことによって、軸を移動することができる。

また、ジョグモードにおいて、ハプティック制御部１１６は、手動ハンドル２２２の位置Ａ、位置Ｂ及び位置Ｃにおいてデテントのような抵抗触覚をハプティックフィードバックにより生成する。例えば、図２の例示的な制御信号Ｍに示すように、ハプティック制御部１１６は、位置Ａ、位置Ｂ及び位置Ｃにおいて抵抗触覚が減少するようなハプティックフィードバックを生成する。また、ハプティック制御部１１６は、位置Ａ、位置Ｂ及び位置Ｃ以外において、抵抗触覚が位置Ａ、位置Ｂ及び位置Ｃよりも大きくなるようにハプティックフィードバックを生成する。

そして、手動ハンドル制御部１１１は、手動ハンドル２２２を位置Ａまで回したとき、軸を－（マイナス）方向へ移動するように軸を制御する。また、手動ハンドル制御部１１１は、手動ハンドル２２２を位置Ｂまで回したとき、軸を移動しないように軸を制御する。また、手動ハンドル制御部１１１は、位置Ｃにおいて軸を＋（マイナス）方向へ移動するように軸を制御する。

このように、ハプティックフィードバックが生成される手動ハンドル２２２の回転操作により数値制御装置１による工作機械の制御を行うことにより、ボタン等を必要とせずに、ジョグモードを実現することができる。

図３は、制御モードが自動運転モードである場合の例を示す図である。図３に示すように、制御モードが、手動ハンドルモードから自動運転モードに変更されると、ハプティック制御部１１６は、手動ハンドル２２２の位置Ａ、位置Ｂ及び位置Ｃにおいてデテントのような抵抗触覚をハプティックフィードバックにより生成する。

例えば、図３の例示的な制御信号Ｎに示すように、ハプティック制御部１１６は、位置Ａ、位置Ｂ及び位置Ｃにおいて抵抗触覚が減少するようにハプティックフィードバックを生成する。また、ハプティック制御部１１６は、位置Ａ、位置Ｂ及び位置Ｃ以外において、抵抗触覚が位置Ａ、位置Ｂ及び位置Ｃよりも大きくなるようにハプティックフィードバックを生成する。

手動ハンドル制御部１１１は、手動ハンドル２２２を位置Ｂ→位置Ａ→位置Ｂとすると、自動運転を起動する。手動ハンドル制御部１１１は、手動ハンドル２２２を位置Ａ→位置Ｂとすると、自動運転を維持する。また、手動ハンドル制御部１１１は、手動ハンドル２２２を位置Ｂ→位置Ｃとすると、自動運転を停止する。手動ハンドル制御部１１１は、手動ハンドル２２２を位置Ｃ→位置Ｂとすると、自動運転の停止を維持する。

このように、ハプティックフィードバックが生成される手動ハンドル２２２の回転操作により数値制御装置１による工作機械の制御を行うことにより、ボタン等を必要とせずに、自動運転モードを実現することができる。

なお、上述した実施形態では、ハプティック制御部１１６は、手動ハンドル２２２の特定の位置において抵抗触覚が減少するようにハプティックフィードバックを生成したが、特定の位置において抵抗触覚が増加するようにハプティックフィードバックを生成してもよい。また、ハプティック制御部１１６は、上述したハプティックフィードバックの態様に代えて、手動ハンドル２２２の特定の位置をユーザが識別可能な他の態様のハプティックフィードバックを生成してもよい。

図４は、数値制御装置１の処理の流れを示すフローチャートである。
ステップＳ１において、動作定義部１１２は、手動ハンドル２２２において生成されるハプティックフィードバックを定義する動作定義データを設定する。
ステップＳ２において、制御モード判定部１１３は、工作機械２の制御モードが、前回の制御モードから変更されているか否かを判定する。制御モードが変更されている場合（ＹＥＳ）、処理は、ステップＳ３へ移る。制御モードが変更されていない場合（ＮＯ）、処理は、ステップＳ６へ移る。

ステップＳ３において、選択部１１４は、動作定義データ及び制御モードに基づいて、ハプティックフィードバックの種別を選択する。
ステップＳ４において、パラメータ決定部１１５は、選択部１１４により選択されたハプティックフィードバックの種別に基づいて、ハプティックフィードバックに関するパラメータを決定する。

ステップＳ５において、ハプティック制御部１１６は、パラメータ決定部１１５により決定されたパラメータを用いて制御信号を生成し、制御信号をドライバ２２２２へ通知する。
ステップＳ６において、ドライバ２２２２は、制御部１１のハプティック制御部１１６から制御信号を受け付け、ハプティックフィードバックを生成するための駆動信号をアクチュエータ２２２３へ出力する。そして、アクチュエータ２２２３は、ドライバ２２２２からの駆動信号によって駆動され、ハプティックフィードバックを生成する。

ステップＳ７において、手動ハンドル制御部１１１は、抵抗感覚としてハプティックフィードバックが生成される手動ハンドルの回転操作により数値制御装置１による工作機械の制御を行う。

以上説明したように、本実施形態によれば、軸を手動操作で移動する手動ハンドル２２２を有する工作機械２を制御する数値制御装置１は、工作機械２の制御モードを判定する制御モード判定部１１３と、制御モードに基づいて手動ハンドルにおいてハプティックフィードバックを生成させるハプティック制御部１１６と、ハプティックフィードバックが生成される手動ハンドルの回転操作により数値制御装置１による工作機械２の制御を行う手動ハンドル制御部１１１と、を備える。

これにより、数値制御装置１は、抵抗感覚としてハプティックフィードバックが生成される手動ハンドル２２２の回転操作により数値制御装置１による工作機械の制御を行うことにより、ボタン等を必要とせずに、制御モードによる動作を実現することができる。したがって、数値制御装置１は、従来からのボタン等を必要とせずに、工作機械２の操作性を向上させることができる。

また、数値制御装置１は、手動ハンドル２２２において生成されるハプティックフィードバックを定義する動作定義データを設定する動作定義部１１２と、動作定義データ及び制御モードに基づいて、ハプティックフィードバックの種別を選択する選択部１１４と、選択部１１４により選択されたハプティックフィードバックの種別に基づいて、ハプティックフィードバックに関するパラメータを決定するパラメータ決定部１１５と、を更に備える。ハプティック制御部１１６は、パラメータを用いて手動ハンドル２２２においてハプティックフィードバックを生成させる。これにより、数値制御装置１は、手動ハンドル２２２においてハプティックフィードバックを適切に生成させることができる。

また、制御モードは、手動ハンドルモード、ジョグ送りモード、インクレメンタルモード及び自動運転モードを含む。これにより、数値制御装置１は、複数の制御モードによる操作を実現することができ、工作機械２の操作性を向上させることができる。

以上、本発明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。

１数値制御装置
２工作機械
１１制御部
１２記憶部
１３サーボアンプ
１４ＰＬＣ
２１サーボモータ
２２機械操作盤
１１１手動ハンドル制御部
１１２動作定義部
１１３制御モード判定部
１１４選択部
１１５パラメータ決定部
１１６ハプティック制御部
２２１ボタン及びスイッチ
２２２手動ハンドル
２２２１パルス生成部
２２２２ドライバ
２２２３アクチュエータ
２２２４ハンドル部

Claims

軸を手動操作により移動する手動ハンドルを有する工作機械を制御する数値制御装置であって、
前記工作機械の制御モードを判定する制御モード判定部と、
前記制御モード判定部により判定された前記制御モードに基づいて、前記手動ハンドルにおいてハプティックフィードバックを生成させるハプティック制御部と、
前記ハプティックフィードバックが生成される前記手動ハンドルの回転操作により前記数値制御装置による工作機械の制御を行う手動ハンドル制御部と、
前記手動ハンドルにおいて生成される前記ハプティックフィードバックを定義する動作定義データを設定する動作定義部と、
前記動作定義データ及び前記制御モードに基づいて、前記ハプティックフィードバックの種別を選択する選択部と、
前記選択部により選択された前記ハプティックフィードバックの種別に基づいて、前記ハプティックフィードバックに関するパラメータを決定するパラメータ決定部と、
を備え、
前記ハプティックフィードバックの種別は、抵抗触覚であり、前記ハプティック制御部は、前記パラメータを用いて前記手動ハンドルの特定の位置において、前記抵抗触覚が減少する又は増加する前記ハプティックフィードバックを生成させる、
数値制御装置。
前記制御モードは、手動ハンドルモード、ジョグ送りモード、インクレメンタルモード及び自動運転モードを含む請求項１に記載の数値制御装置。