JPH11156677A - 工作機械の加工情報投影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】作業者の背丈・位置に対応して目の焦点の調整
をすることなく工作機械の加工領域の加工状態を監視し
つつＮＣ加工プログラムの実行状態も同時に視認する。 【構成】スプラッシュガード１の一部を形成する監視用
窓部５を通過して加工領域２に向かう視線１１上に、表
示手段７の加工情報をハーフミラー（反透鏡）６で反射
させて虚像を映す。視線１１が反射鏡の反射面に交わる
交叉領域Ｓと加工領域２との間の距離は、交叉領域Ｓと
表示面８との間の距離に概ね等しい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械の加工情
報投影装置に関する。更に詳しくは、加工領域の光景
に、加工情報を重ね合わせて加工情報と加工領域とを視
線を動かすことなくそれらを同時に見ることができるよ
うにした工作機械の加工情報投影装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械には、加工領域より切粉や切削
油剤の飛散を防止するため加工領域を囲むようにスプラ
ッシュガードが設けられている。また、スプラッシュガ
ードの一部には監視用窓が設けられている。この窓を通
して加工領域の加工状況を監視することができる。その
スプラッシュガード又は工作機械の本体の近傍には、表
示手段であるディスプレイが配置されている。このディ
スプレイには、工具の移動軌跡、ＮＣ（数値制御）加工
プログラム情報等の加工情報が表示される。作業者は、
加工状況と加工情報の両方を監視する必要がある。特に
ＮＣ加工プログラムのプログラムチェックを行う時には
たいへんであった。

【０００３】作業者が加工領域の現実の加工状況を確認
しながらその状況に対応させてそのＮＣ加工プログラム
等の表示を見ることには時差があり、また、時差系列上
で目の焦点位置を調整しながらのこのような監視・確認
の作業は、特に大変であった。

【０００４】従来、加工情報ばかりに気をとられている
と加工状況の状態変化を見落とすことがあった。場合に
よっては、ディスプレイの表示面を監視しているとき
に、切削状態の異変を知らせる切削音の変化に気づいて
監視方向を変え、加工状態を確認してから何らかの処理
を行うため、その処理が遅れることがあった。すなわ
ち、工具の破損や工作物の加工精度不良を生じるおそれ
があった。

【０００５】加工情報と加工状況を同時的に見て知る必
要がある。工作機械の分野ではないが、情報と状況を同
時に見て知る装置が、軍事技術として開発されている。
この軍事技術であるＨＵＤ（ヘッド・アップ・ディスプ
レイ）やＨＭＤ（ヘルメット・マウンテッド・ディスプ
レイ）は、反射鏡、焦点合わせ用レンズ、ハーフミラー
などから構成され、無限遠に焦点がくるように情報を見
て遠方の敵機、攻撃目標と、照準装置または飛行情報を
示す計器類の表示とを同時にほぼ同じ位置に見ることが
できる装置である。このような装置は、フロントガラス
近傍や頭にかぶるヘルメット内に構成される。また、日
本特許第２５４２７５９号、同第２５６４３６６号等で
知られるように、最近は自動車の運転手用としても利用
研究が行われている。さらに、実開平５−９０４３０号
で知られるように、スピーチをする演者が聴衆を見なが
ら原稿も見ることができるものも知られている。

【０００６】工作機械の監視では、前記した加工情報ま
たは加工状況の見落としは極力回避されなければならな
い。その見落としがあると、工具、工作機械の破損、ワ
ーク（工作物）の精度不良を生じる可能性があり、大き
な損害を招く。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ＮＣ
工作機械の加工領域の加工状態を監視しつつＮＣ加工プ
ログラムの実行状態等加工情報も同時に視認することが
できる工作機械の加工情報投影装置を提供することにあ
る。

【０００８】本発明の他の目的は、目の焦点の調整をす
ることなくＮＣ工作機械の加工領域の加工状態を監視し
つつＮＣ加工プログラムの実行状態等加工情報も同時に
視認することができる工作機械の加工情報投影装置を提
供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に次のような手段が採用されている。

【００１０】本発明による加工情報投影装置は、このよ
うな課題を解決するための主要な手段として、半透鏡と
もいわれるハーフミラーが用いられている。ハーフミラ
ーは、ハーフミラー面に向かう光の一部を透過させ他の
一部を反射することができる。このようなハーフミラー
が、作業者の視線に対して適切な所定又は所望の角度に
なるように配置されている。作業者は、このハーフミラ
ーを通して、加工領域を見ることができるから、そのハ
ーフミラーにより投影される映像とその加工領域の加工
状況を同時に見て、投影される加工情報と現実の加工状
況との一致・不一致を監視することができる。

【００１１】本発明による加工情報投影装置は、更に、
表示手段が用いられている。その表示手段は、加工情報
を発光し、表示する表示手段である。この表示手段は、
自発光型であるか反射型であるかは問われない、が平面
型の画像表示が行われることが好ましい。それらにより
表示される加工情報は、ＮＣ加工プログラム、位置情報
等監視に必要な様々なデータを含む情報であり、特に監
視が必要な監視情報である。

【００１２】ハーフミラーにより投影される表示画像の
虚像（この明細書で、虚像を投影表示画像ともいう）の
位置が加工領域に含まれることが好ましいが、投影表示
画像と加工領域の物体との重なりがそれらを見にくくす
る場合には、両者の位置を視線方向にずらせることも好
ましい。このような両像位置をずらせても、視認対象領
域が例えば１ｍも目から離れておれば、２０ｃｍ程度の
両像の位置ずれは、目の焦点深度視認の自由性により障
害にはならない。

【００１３】目の焦点深度方向のずれだけでなく、角度
のずれも、これがある程度の立体角度範囲にあれば、視
認の障害にはならない。角度位置を積極的に一致するよ
うに調整し、逆に、わざと角度位置にずれを生じさせる
ために、ハーフミラーの反射面と視線の角度を調整する
ことができる角度調整手段を設けることは、更に一層好
ましい。言い換えると、ハーフミラーに投影された投影
画像に向かう視線の光路と加工領域を監視している視線
とは、概ね一致していることが好ましい。場合によって
は、両像は重ね合わされている。

【００１４】本発明による加工情報投影装置は、一般的
には、スプラッシュガードを備えている。スプラッシュ
ガードは、工作機械、加工領域を囲み、切粉などが外側
に飛び出さないようにするための防護手段である。この
ようなスプラッシュガードは、その一部として、開閉扉
を有することも一般的である。スプラッシュガード又は
その一部の開閉扉に、監視窓部が設けられていることも
一般的である。視認必要時には、監視用窓部とハーフミ
ラーを視線が同時に貫通する必要がある。ハーフミラー
は、開閉扉の監視用窓部と同体に動くように監視用窓部
の本体に角度調整自在に固定されることが望ましい。ス
プラッシュガードの本体に固定されたハーフミラーが、
閉じた位置の監視用窓部に位置するようにすることも重
要である。そのハーフミラーは、その監視用窓部の外側
に設けられることが好ましく、工作機械の操作盤に設け
ることもできる。

【００１５】虚像である投影画像の左右反転を行うため
に、左右反転手段を用いることは好ましい。左右反転画
像は、反射鏡の追加、像拡大のためのシリンドリカルレ
ンズの追加などの光学的手段に限られず、電子回路処理
により表示手段の画像を左右反転させることの方が実施
しやすい。本発明のその他の目的及びその改良部分は、
下記実施の形態を通してより具体的に明らかにされる。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て説明する。図１は、本発明の工作機械の加工情報投影
装置の実施形態１を示す一部が断面の側面図である。工
作機械Ｍは、機械本体Ｍａと、加工領域２を囲み、加工
領域内で発生する切粉や切削油剤が外部に飛散すること
を防止するスプラッシュガード１等を備えている。加工
領域２は、主軸台または主軸頭に回転可能に設けられた
主軸３ｂに取付けられたワーク（工作物）Ｗまたは工具
Ｔと、刃物台に取付けられた工具Ｔまたはテーブル、パ
レットに取付けられたワークＷとを、主軸軸線方向であ
るＺ軸方向を含む直交２軸方向または直交３軸方向に相
対移動させて切削加工を行う領域である。

【００１７】この例では、主軸に取付けられたチャック
３に把持されたワークＷを回転させるとともに、刃物台
（図示せず）に取付けられた工具Ｔ（図２）とワークＷ
（図２）とを相対移動させて旋削加工を行う旋盤で説明
を行っているが、ターニングセンタ、マシニングセン
タ、研削盤等他の種類の工作機械であってもよい。

【００１８】スプラッシュガード１の一部には開口部が
形成され、この閉口部を開閉自在に遮蔽する開閉扉４が
設けられている。すなわち、開閉扉４の開口側への移動
によりスプラッシュガード１は開口部が開口し、作業者
は加工領域２内でワークＷの着脱、工具Ｔの交換等の作
業を行うことができる。開閉扉４には、切削加工時に加
工領域内を監視するための監視用窓部５が設けられてお
り、開閉扉４が遮蔽された状態でも加工領域内を監視す
ることができる。

【００１９】なお、監視用窓部５は開閉扉４以外に設け
てもよく、作業者が加工領域２を監視するスプラッシュ
ガード１の所定の位置に設けてもよい。実施形態１で
は、監視用窓部５に、入射光束の一部を反射し、他の一
部を透過する反射鏡であるハーフミラー（半透鏡）６が
設けられている。監視用窓部５には、ハーフミラー６と
透過板部材５６が、一体に貼り付けられたものまたは重
ね合わされたものが設けられていてもよい。

【００２０】ハーフミラー６は光学ガラス等透過率の高
い材料で形成されるガラス板またはプラスチック板の作
業者側表面にアルミニウム、銀等金属を真空蒸着法等に
よりコーティングして薄い層（薄膜）を形成したものが
使用される。透過板部材５６は、ハーフミラー６を切粉
等飛散物より保護するためのものであり、入射光を透過
させる透過率の高い材料であるガラス板またはプラスチ
ック板で形成される。

【００２１】ハーフミラー６は、光の入射角度に依存す
ることがあり、透過光の光量と反射光の光量の割合即ち
反射率を有している。その反射率は５０％であるとは限
らない。入射光の波長によって反射率（または透過率）
を変えるものもある。ハーフミラー６の反射面６ａは、
加工領域を監視している作業者の視線に対して約４５度
の傾斜を有するように取付けるとよい。

【００２２】表示ユニット（表示手段）７が、機械本体
Ｍａの前面の下方部から突き出すように配置されてい
る。表示ユニット７は、機械本体Ｍａに取付け部材７ａ
を介して固定されている。表示ユニット７はその上面
（ハーフミラー６側の面）に表示面８を有している。表
示面８は、液晶ディスプレイ、ブラウン管、ＥＬパネル
等表示手段の表示面として形成されている。表示面８
は、概ね平面である。

【００２３】加工領域２の概ねの中心を加工領域中心点
Ｐとする。また、表示面８の概ね中心を表示面側中心点
Ｑとする。さらに、作業者９の目の位置を視点Ｒとす
る。視点Ｒと加工領域中心点Ｐとを結ぶ線即ち視線１１
とハーフミラー６の反射面６ａの交点をＳとする。加工
領域中心点Ｐと交点Ｓとの間の距離即ち線分ＳＰの長さ
ａは、表示面側中心点Ｑと交点Ｓとの間の距離即ち線分
ＳＱの長さｂに概ね等しい。実施形態１では、角度ＲＳ
Ｑは、概ね９０度である。

【００２４】表示面８の画像は、反射面６ａに投影され
ることにより概ね加工領域中心点Ｐの近傍に虚像として
映し出される。加工領域中心点Ｐの近傍とは、加工領域
中心点Ｐの前後、左右、上下を含む。この虚像は、実像
又は実体である加工領域２の工具Ｔ、工作物Ｗ等と重ね
あわせることができる。この虚像を加工領域２の上方に
結ばせることもできる。

【００２５】映し出された虚像（映像）は、正立像の虚
像として投影されている。作業者の目の位置は、その人
の背丈、監視位置により長さａと長さｂとの一致性に多
少は影響するが、人の画像・映像認識能力は、１ｍ近く
も離れた領域の物体を見るときは、多少の距離・角度の
相違に関せず同時的認識をする能力があるから、人の背
丈などは映像の認識にはそれほど影響を与えない。

【００２６】図２は、虚像である文字・数値情報が、ハ
ーフミラー６の反射面６ａに投影されて加工領域２の上
方位置に映し出されている場合を示している。すなわ
ち、チャック３の複数の爪（例えば３爪）３ａに把持さ
れているワークＷを工具Ｔが切削加工している状況と、
その加工のためのＮＣ加工プログラム情報４０、位置情
報４１を表示しており、作業者は同時に確認することが
できる。この実施形態では、加工情報としてＮＣ加工プ
ログラム情報、位置情報を示しているがこれに限定され
ることはない。Ｇコード、Ｓコード（主軸回転数の情
報）やＦコード（送り速度の情報）等の情報、工具軌跡
情報等を、加工状況に重ね合わせるようにしてもよい。
しかし、あまり、多量の情報を表示すると情報が読みに
くくなるので、必要な加工情報を選択して表示するよう
にしてもよい。

【００２７】図３，４は、ハーフミラー６がスプラッシ
ュガード１の外側即ち監視用窓部５の外側に配置された
本発明による工作機械の加工情報投影装置の実施形態２
を示している。実施形態２では、監視用窓部５には鉛直
面上に透過板部材６ａが取付けられて配置されている。
これに対して、ハーフミラー６は矢印Ａ方向に角度調整
自在にヒンジ手段１２の軸方向（矢印Ｂ方向）に移動自
在に設けられている。

【００２８】ハーフミラー６の頂部は、ヒンジ手段１２
により傾動自在に開閉扉４に支持されている。ハーフミ
ラー６は、不使用時には、監視用窓部５と平行にかつ、
監視用窓部５より離れた位置に収容される。ハーフミラ
ー６の角度は鉛直面に対して変更が可能である。

【００２９】視線１１’とハーフミラー６の反射面６ａ
の交点をＳ’で表す。その反射面に直交し点Ｓ’を通る
法線上の１点をＫで表す。角ＱＳ’Ｋ＝角ＲＳ’Ｋ＝
θ、で表すと、角θは調整自在である。このθの調整に
より、点Ｊに向かう視線１１’の角度が変更される。

【００３０】表示ユニット７の配置の関係により、線分
ＲＪと線分ＲＳ’−Ｓ’Ｑの長さの比は、実施形態１の
場合のその比と異なるが、上記の目の認識の修正能力の
許容範囲に入っており、この許容範囲からすれば、これ
らの長さは概ね等しい。この場合の比は、２対３程度で
ある。

【００３１】また、表示ユニット７とハーフミラー６と
の間に光学レンズ等光学素子を設け、表示ユニット７の
配置に関係なく加工領域２のワークＷ、工具Ｔ等の位置
近傍に加工情報の映像の焦点が合うようにしてもよい。
角度調整は、人の背丈に関係する目の高さ位置と映像が
形成される希望の高さ位置との兼ね合いで、加工領域２
の近傍で所望の領域に映像を形成させることができる。
加工情報はハーフミラー６の上方部分を透過する視線上
に投影されている。

【００３２】図５は、大型の工作機械等で使用されるペ
ンダント型操作盤２０にハーフミラー６を設けた例を示
している。操作盤２０は、本体ケーシング２１、入力用
キー群２２、支持具２３、表示部２４等を備えている。
表示部２４が設けられているケーシングの第１面２５に
隣り合う第２面２６（図６）の端部に、ヒンジ手段１
２’が設けられている。

【００３３】ハーフミラー６は、ヒンジ手段１２’を介
して本体ケーシング２１に回転・傾動自在に設けられて
いる。ハーフミラー６は、使用しない場合には第１面２
５に隣り合う第２面２６に平行に退避させる。支持具２
３は図示されないユニバーサル自由腕の先端部に回転可
能に支持されている。支持部２３は、支持部２３の支持
軸の軸線２７の回りまわりに回転することができ、ま
た、３次元空間内で自由に運動し任意の位置で安定して
静止することができる。

【００３４】このようなユニバーサル自由腕は、一般に
慣用手段であり、工作機械の操作盤を支持する手段とし
ても用いられている。軸心線２７は、常時鉛直に向いて
いるようにすることもでき、その傾斜角度を自由に設定
するようにすることができる。図６は、表示ユニット７
の配置を示している。表示ユニット７の表示面８は、第
２面２６に概ね一致するように配置されている。

【００３５】表示ユニット７は、表示部２４とは別のも
のとして設けられている。図６に示すように、ヒンジ手
段１２’によりハーフミラー６の鉛直面は第２面２６に
対して自由にその角度が手動により調整される。本体ケ
ーシング２１を適切な位置に宙づりで支持して、ハーフ
ミラー８の回転位置を調整することにより、線分ＲＳの
延長線上にある映像の焦点位置を所望の位置にすること
ができる。また、表示ユニット７とハーフミラー８との
間に光学素子を設け、映像の焦点を加工領域２のワーク
Ｗ、工具Ｔ等の位置近傍に合うようにしてもよい 加工情報像を左右に関して反転させる像反転手段として
は、表示面８上の形成像を鏡面対称に反転させる表示ユ
ニット７の鏡面反転機能を用いればよい。光学的像反転
手段を用いることもできる。図１に示す実施形態１を例
にとってこれを説明すると、光学的像反転手段として、
線分ＱＳなどの光路上の適当な位置に介設されるシリン
ドリカルレンズが考えられる。大きい口径のシリンドリ
カルレンズは、コストが高くなり厚みが大きくなって配
置上の困難があるので、平らなフレネル・シリンドリカ
ルレンズが用いられるのが好ましい。

【００３６】

【発明の効果】本発明による工作機械の加工情報投影装
置は、異なる位置の２つの情報を同一位置で同時に監視
することができるので、切削状態の異常を速やかに見つ
けて、異常対策処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明による工作機械の加工情報投影
装置の実施形態１を示す側面図である。

【図２】図２は、図１の正面図である。

【図３】図３は、本発明による工作機械の加工情報投影
装置の実施形態２を示す側面図である。

【図４】図４は、図３の平面図である。

【図５】図５は、表示ユニットの他の実施形態を示す斜
軸投影図である。

【図６】図６は、図５の平面図である。

【符号の説明】

１…スプラッシュガード ２…加工領域 ４…開閉扉 ５…監視用窓部 ６…ハーフミラー（半透鏡） ７，７’…表示ユニット ８…表示面

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】作業者が工作機械の加工領域を監視可能な
   位置に、かつ、前記加工領域を監視している作業者の視
   線に対して所定の角度を有するように設けられ、入射光
   の一部を反射するとともに、一部を透過する反射鏡であ
   るハーフミラーと、 前記工作機械で加工を行うための加工情報を発光し表示
   する表示手段とを備え、 前記表示手段で発光し表示された前記加工情報が前記ハ
   ーフミラーに投影された画像と、前記ハーフミラーを透
   過して見える加工領域の画像とを、前記作業者が同時に
   見ることができるようにしたことを特徴とする工作機械
   の加工情報投影装置。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記ハーフミラーに投影された画像の光路と、前記作業
   者が前記加工領域を監視している視線とを概ね一致さ
   せ、 前記加工領域の画像に前記加工情報を重ね合わせて見る
   ことができるようにしたことを特徴とする工作機械の加
   工情報投影装置。
3. 【請求項３】請求項１または２において、 前記ハーフミラーは加工領域を囲むスプラッシュガード
   またはこのスプラッシュガードの開口部を開閉自在に遮
   蔽する開閉扉の監視窓部に設けられていることを特徴と
   する工作機械の加工情報投影装置。
4. 【請求項４】請求項１または２において、 前記ハーフミラーは前記スプラッシュガードまたはこの
   スプラッシュガードの開口部を開閉自在に遮蔽する開閉
   扉の監視窓部の外側に配置されていることを特徴とする
   工作機械の加工情報投影装置。
5. 【請求項５】請求項１または２において、 前記ハーフミラーは前記工作機械の操作盤に設けられて
   いることを特徴とする工作機械の加工情報投影装置。
6. 【請求項６】請求項４または５において、 前記ハーフミラーは、角度調整自在に設けられているこ
   とを特徴とする工作機械の加工情報投影装置。
7. 【請求項７】請求項１〜６のいずれか１項において、 前記表示手段は、前記表示面に表示される像が左右の向
   きが逆になるように表示するものであることを特徴とす
   る工作機械の加工情報投影装置。
8. 【請求項８】請求項１〜７のいずれか１項において、 前記視線が前記ハーフミラーの反射面と交わる交叉位置
   から加工領域までの間の第１の距離と、前記交叉位置か
   ら前記表示面までの間の第２の距離とが、概ね等しいこ
   とを特徴とする工作機械の加工情報投影装置。