工具先端点の加速度または加加速度の表示部を備えた工具軌跡表示装置
【課題】駆動軸または工具の指令位置に対する実位置の形状誤差の分析を容易に行う。
【解決手段】工具軌跡表示装置（２０）は、複数の駆動軸の位置指令の指令値時系列データ、複数の駆動軸の位置検出値の検出値時系列データおよび工作機械の構成に基づいて工具指令座標値および工具実座標値を算出する工具座標値算出部（２２）と、工具指令座標値および工具実座標値における工具の先端点の加速度を算出する加速度算出部（２３）と、工具指令座標値および工具実座標値の加速度の表示形式を選択する表示形式選択部（２４）と、を具備し、表示形式選択部は、加速度の向きと大きさとに応じて工具の先端点の軌跡を色分けする色表示と、加速度を加速度ベクトルとして工具の先端点の軌跡上に表示するベクトル表示と、隣接する加速度ベクトルの終点を互いに接続する結線を表示する結線表示とのうちの少なくとも一つを行う。
【解決手段】工具軌跡表示装置（２０）は、複数の駆動軸の位置指令の指令値時系列データ、複数の駆動軸の位置検出値の検出値時系列データおよび工作機械の構成に基づいて工具指令座標値および工具実座標値を算出する工具座標値算出部（２２）と、工具指令座標値および工具実座標値における工具の先端点の加速度を算出する加速度算出部（２３）と、工具指令座標値および工具実座標値の加速度の表示形式を選択する表示形式選択部（２４）と、を具備し、表示形式選択部は、加速度の向きと大きさとに応じて工具の先端点の軌跡を色分けする色表示と、加速度を加速度ベクトルとして工具の先端点の軌跡上に表示するベクトル表示と、隣接する加速度ベクトルの終点を互いに接続する結線を表示する結線表示とのうちの少なくとも一つを行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工具先端点の加速度または加加速度の表示部を備えた工具軌跡表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在使用されている工作機械を制御する数値制御装置は、位置指令軌跡を表示する機能、工具が実際に移動した軌跡を表示する表示機能を有する場合がある。具体的には、工作機械の駆動軸の指令位置の時系列データおよび／または実位置の時系列データから工具の先端点の座標を算出して表示している。これにより、工具先端点の指令軌跡と実軌跡との間の形状誤差が視覚的に分析される。
【０００３】
このような従来技術の例として、特許文献１には、工作機械の各駆動軸の各時刻における位置情報と工作機械の機械構成の情報とに基づいて工具の先端部の三次元座標を算出してその軌跡を求めることが開示されている。さらに、特許文献１には、工具先端点の軌跡と工作機械の各駆動軸の加速度を対応づけて表示することが開示されている。
【０００４】
さらに、特許文献２には、ワークの形状データから算出された工具送り軸の加速度をグラフ表示すること、および加速度の閾値以上の特異点となる加速度を閾値以下になるように補正することにより、補正工作物形状データを求めることが開示されている。
【０００５】
さらに、特許文献３には、加工前に工具軌跡や工具移動速度を正確にシミュレーションし、シミュレーションした工具軌跡上に速度、加速度および加加速度を表示することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４６４８４７１号
【特許文献２】特許第３５１７９０９号
【特許文献３】特開２００９−９８９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ワークを工作機械で加工する際に、ワーク上に所望の加工面を得るためには、駆動軸または工具の指令位置に対する実位置の形状誤差を小さくする必要がある。そして、形状誤差が生じる原因を分析するためには、位置の情報だけでなく、加速度等の情報がさらに必要になる。
【０００８】
特に、ワークが多数の曲面を含んでいる場合には、工具が曲面を移動する速度に応じて、接線方向の加速度および法線方向の加速度も変化する。このため、工具からワークの加工面に作用する力も、このような加速度の変化に応じて変化する。そして、加工面に作用する力は、ワークの外観（縞目や痕等）に影響を与える。従って、形状誤差を分析するためには、駆動軸または工具の加速度、加加速度等の物理情報が必要とされる。
【０００９】
また、特許文献１の手法では、駆動軸毎に個別に加速度を確認する必要があり、加速度と加工面との対応関係を視覚的に捉えることは困難である。また、特許文献２における加速度は、閾値以上の特異点を抽出するのに使用されているので、特許文献２では、形状誤差を分析するために加速度を算出しているわけではない。
【００１０】
さらに、特許文献３では、シミュレーションされた工具軌跡に加速度を表示することが開示されているものの、実際の工具軌跡上に加速度などを表示しているわけではない。このため、特許文献３では、実際の加工面と対応付けて形状誤差を分析することはできない。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、駆動軸または工具の指令位置に対する実位置の形状誤差の分析を容易に行ってワークの外観不良を低減することのできる、工具軌跡表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、数値制御装置を用いて複数の駆動軸によって工具および被加工物のうちの少なくとも一方の位置および姿勢を制御する工作機械の前記工具の先端点の軌跡を表示する工作機械の工具軌跡表示装置において、前記複数の駆動軸に対する所定の制御周期毎の位置指令を作成する指令作成部と、前記複数の駆動軸のそれぞれに取付けられていて前記複数の駆動軸のそれぞれの位置を前記所定の制御周期毎に検出する位置検出器と、前記指令作成部により作成された前記所定の制御周期毎の位置指令を指令値時系列データとして取得すると共に、前記位置検出器により前記所定の制御周期毎に検出された位置検出値を検出値時系列データとして取得する位置データ取得部と、前記指令値時系列データおよび前記工作機械の構成に基づいて前記工具の先端点の工具指令座標値を前記指令値時系列データに対応させて算出すると共に、前記検出値時系列データおよび前記工作機械の構成に基づいて前記工具の先端点の工具実座標値を前記検出値時系列データに対応させて算出する工具座標値算出部と、前記工具指令座標値における少なくとも三つのデータを用いて前記工具の先端点の加速度または加加速度を算出すると共に、前記工具実座標値における少なくとも三つのデータを用いて前記工具の先端点の加速度または加加速度を算出する加速度算出部と、前記工具の先端点の軌跡をそれぞれ形成する前記工具指令座標値および前記工具実座標値の前記加速度または前記加加速度の表示形式を選択する表示形式選択部と、を具備し、該表示形式選択部は、前記加速度または前記加加速度の向きと大きさとに応じて前記工具の先端点の軌跡を色分けする色表示と、前記加速度または前記加加速度を加速度ベクトルまたは加加速度ベクトルとして前記工具の先端点の軌跡上に表示するベクトル表示と、隣接する前記加速度ベクトルまたは前記加加速度ベクトルの終点を互いに接続する結線を表示する結線表示とのうちの少なくとも一つを行うようになっており、さらに、前記表示形式選択部により選択された表示形式に従って、前記工具の先端点の軌跡と共に、前記加速度または前記加加速度を表示する表示部と、を備えたことを特徴とする工具軌跡表示装置が提供される。
【００１３】
２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記加速度算出部は、前記工具指令座標値および前記工具実座標値の連続する少なくとも三つのデータを用いて接線方向または法線方向の加速度を算出する。
３番目の発明によれば、１番目の発明において、前記加速度算出部は、前記工具指令座標値および前記工具実座標値の連続する少なくとも四つのデータを用いて接線方向または法線方向の加加速度を算出する。
４番目の発明によれば、１番目の発明において、前記表示形式選択部は、前記加速度または前記加加速度の向きまたは大きさに応じて、前記工具先端点の指令軌跡、前記工具先端点の実軌跡、前記加速度ベクトル、前記加加速度ベクトル、前記加速度ベクトルの結線、および前記加加速度ベクトルの結線のうち、少なくとも1つの色を変更するか、もしくは該色の濃淡を変化させて前記表示部に表示するようにした。
５番目の発明によれば、１番目の発明において、前記表示形式選択部は、前記工具指令座標値または前記工具実座標値の互いに隣接するデータを結ぶ直線または曲線における所定の複数の点を始点とすると共に、該所定の複数の点のそれぞれにおける接線に対して垂直で所定の点を通る直線と前記法線方向の加速度ベクトルの結線または前記法線方向の加加速度ベクトルの結線との交点を終点とする前記法線方向の加速度ベクトルまたは前記法線方向の加加速度ベクトルを前記表示部に表示する。６番目の発明によれば、１番目の発明において、前記表示形式選択部は、前記加速度ベクトルまたは前記加加速度ベクトルと前記結線と前記工具先端点の軌跡とが囲む面の色を変更するか、もしくが該色の濃淡を変化させて前記表示部に表示する。
７番目の発明によれば、１番目の発明において、前記表示形式選択部は、前記加速度または前記加加速度の大きさに応じて、前記加速度ベクトル、前記加加速度ベクトル、前記加速度ベクトルの結線、および前記加加速度ベクトルの結線のうち、少なくとも一つを前記加速度ベクトルまたは前記加加速度ベクトルの方向に任意の倍率で拡大または縮小する。
【発明の効果】
【００１４】
１番目の発明においては、工具の先端点の指令軌跡および実軌跡に対応させて、加速度または加加速度を一緒に表示している。従って、工作機械の操作者は、ワークの加工面における形状誤差の原因、または指令軌跡と実軌跡との間の差異の原因を加速度と対応付けて分析できる。その結果、操作者は、ワークの加工面における工具の送り速度を最適化して、ワークの外観不良を低減することができる。
【００１５】
２番目の発明においては、三つのデータを使用して、短い処理時間で加速度を算出できる。
３番目の発明においては、四つのデータを使用して、短い処理時間で加加速度を算出できる。
４番目の発明においては、色を部分的に変更するかまたは濃淡を変化させるのみで、操作者にとって加速度の状態が容易に認識できるようになる。
５番目の発明においては、工具の先端点の軌跡の隣接するデータ間の法線加速度ベクトル、および法線加加速度を補間して表示することで、操作者は法線加速度ベクトルまたは法線加加速度ベクトルを視覚的により容易に認識しやすくなる。
６番目の発明においては、軌跡、ベクトルおよび結線で囲まれる面を色表示するので、操作者が極めて容易に認識できるようになる。
【００１６】
７番目の発明においては、操作者が表示部における変化を読みとれない場合には拡大機能により操作者の読取りを助勢すると共に、表示部内にベクトルや結線などの全体が表示できない場合には縮小機能によりベクトルや結線などの全体を表示部内に表示できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に基づく工具軌跡表示装置が搭載される工作機械の斜視図である。
【図２】本発明に基づく工具軌跡表示装置の機能ブロック図である。
【図３】本発明に基づく工具軌跡表示装置の動作を示す第一のフローチャートである。
【図４】本発明に基づく工具軌跡表示装置の動作を示す第二のフローチャートである。
【図５】加速度の算出を説明するための図である。
【図６】表示形式選択部における色表示を説明するための図である。
【図７】表示形式選択部におけるベクトル表示を説明するための図である。
【図８】表示形式選択部における結線表示を説明するための図である。
【図９】表示形式選択部の他の機能を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は本発明に基づく工具軌跡表示装置が搭載される工作機械の斜視図である。図１に例として示される工作機械１は５軸加工機である。工作機械１は、ワーク（図示しない）が載置されるテーブル２と、テーブル２に対して互いに垂直な三方向（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）に相対的に移動する支柱３とを含んでいる。図示されるように、ヘッド４が支柱３から横方向に延びており、ヘッド４はテーブル２の表面に対して平行なＢ軸回りに回転する。さらに、Ｂ軸およびテーブル２の表面の両方に対して垂直なＡ軸回りに回転可能な工具５がヘッド４に取付けられている。
【００１９】
従って、工作機械１は三つの直動軸（Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸）ならびに二つの回動軸（Ａ軸およびＢ軸）によって工具５の位置および姿勢を制御してテーブル２上のワークを加工する。ただし、工具５がテーブル２に固定されていて、ワーク（図示しない）がヘッド４の先端に取付けられている場合であっても、本発明の範囲に含まれるものとする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ａ軸およびＢ軸を「駆動軸」と呼ぶ場合がある。
【００２０】
図２は本発明に基づく工具軌跡表示装置の機能ブロック図である。図２に示されるように、工具軌跡表示装置２０は数値制御装置１６を介して工作機械１に接続されている。工作機械１は各駆動軸を駆動するモータＭ１〜Ｍ５を含んでいる。これらモータＭ１〜Ｍ５のそれぞれには、駆動軸の実際の位置を所定の制御周期毎に検出する位置検出器１１〜１５がそれぞれ備え付けられている。
【００２１】
また、数値制御装置１６は各駆動軸に対する所定の制御周期毎の位置指令を作成する指令作成部１７を含んでいる。なお、実際には、指令作成部１７は工作機械１の動作プログラムを読取って各駆動軸の位置指令を作成するものとする。
【００２２】
図２に示されるように、工具軌跡表示装置２０は位置データ取得部２１を含んでいる。位置データ取得部２１は、指令作成部１７により作成された所定の制御周期毎の位置指令を指令値時系列データとして取得する。さらに、位置データ取得部２１は、位置検出器１１〜１５により検出された各駆動軸の位置検出値を検出値時系列データとして取得する。これらの時系列データは一時的に工具軌跡表示装置２０に記憶されるものとする。
【００２３】
さらに、工具軌跡表示装置２０は工具座標値算出部２２を含んでいる。工具座標値算出部２２は、指令値時系列データおよび工作機械１の構成に基づいて工具５の先端点の工具指令座標値を前記指令値時系列データに対応させて算出する。さらに、工具座標値算出部２２は、検出値時系列データおよび工作機械１の構成に基づいて工具５の先端点の工具実座標値を検出値時系列データに対応させて算出する。これら工具指令座標値および工具実座標値は、工具５の先端点の指令軌跡および実軌跡をそれぞれ表すものとする。なお、工作機械１の構成は、主に工作機械１の寸法を意味する。
【００２４】
さらに、工具軌跡表示装置２０は加速度算出部２３を含んでいる。加速度算出部２３は工具指令座標値における少なくとも三つのデータを用いて工具５の先端点の加速度および／または加加速度を算出すると共に、工具実座標値における少なくとも三つのデータを用いて工具５の先端点の加速度および／または加加速度を算出する。
【００２５】
さらに、工具軌跡表示装置２０は表示形式選択部２４を含んでいる。表示形式選択部２４は、工具指令座標値および工具実座標値のうちの少なくとも一方の加速度および／または加加速度の表示形式を選択する。
【００２６】
具体的には、表示形式選択部２４は、加速度または加加速度の向きと大きさとに応じて工具５の先端点の軌跡を色分けする色表示と、加速度または加加速度を加速度ベクトルまたは加加速度ベクトルとして工具５の先端点の軌跡（指令軌跡または実軌跡）に表示するベクトル表示と、隣接する前記加速度ベクトルまたは前記加加速度ベクトルの終点を互いに接続する結線を表示する結線表示とのうちの少なくとも一つを行う。
【００２７】
操作者が表示形式選択部２４の表示形式を選択するのが好ましい。もしくは加速度または加加速度の向きと大きさとに応じて表示形式が自動的に定まるようにしてもよい。選択された表示形式に従って、工具５の先端点の軌跡に対応させて加速度または加加速度が表示部２５に表示される。
【００２８】
図３および図４は本発明に基づく工具軌跡表示装置の動作を示すフローチャートである。以下、図３および図４を参照しつつ、本発明に基づく工具軌跡表示装置２０の動作について説明する。はじめに、ステップＳ１でｔ＝０、ｎ＝１、Ｎ＝０を設定する。ここで、ｔは所定の制御周期を単位とする時間であり、ｎは座標値の番号を示す値であり、Ｎは座標値の総数を示している。
【００２９】
次いで、ステップＳ２において、位置データ取得部２１は時刻ｔにおける各駆動軸の指令位置Ｐｃ（ｔ）を指令作成部１７から取得する。そして、ステップＳ３においては、位置検出器１１〜１５が検出した時刻ｔにおける各駆動軸の実位置Ｐｆ（ｔ）を取得する。
【００３０】
次いで、ステップＳ４において、工具座標値算出部２２が各駆動軸の指令位置Ｐｃ（ｔ）と工作機械１の構成（機械構成情報）とに基づいて、時刻ｔにおける工具指令座標値Ｐｃｎを算出する。同様に、ステップＳ５においては、工具座標値算出部２２が各駆動軸の実位置Ｐｆ（ｔ）と工作機械１の構成（機械構成情報）とに基づいて、時刻ｔにおける工具実座標値Ｐｆｎを算出する。これら工具指令座標値Ｐｃｎおよび工具実座標値Ｐｆｎは工具軌跡表示装置２０の記憶部（図示しない）に記憶される（ステップＳ６、ステップＳ７）。
【００３１】
ここで、工具指令座標値Ｐｃｎおよび工具実座標値Ｐｆｎの算出手法について説明する。図１を再び参照し、五つの駆動軸の座標をそれぞれｘ（ｔ）、ｙ（ｔ）、ｚ（ｔ）、ａ（ｔ）、ｂ（ｔ）とする。
【００３２】
そしてＡ軸とＢ軸との交点をＭとすると、交点Ｍの座標は（ｘ（ｔ）、ｙ（ｔ）、ｚ（ｔ））で表される。交点Ｍから工具５の先端までの長さをＬとし、工具５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５先端の座標は以下のように示される。
Ｐｘ（ｔ）＝ｘ（ｔ）＋Ｌ×ｃｏｓ（ａ（ｔ））×ｓｉｎ（ｂ（ｔ））
Ｐｙ（ｔ）＝ｙ（ｔ）＋Ｌ×ｓｉｎ（ａ（ｔ））
Ｐｚ（ｔ）＝ｚ（ｔ）−Ｌ×ｃｏｓ（ａ（ｔ））×ｃｏｓ（ｂ（ｔ））
このようにして、五つの駆動軸の位置情報と機械構成の条件とによって工具５の先端の座標を算出することができる。
【００３３】
次いで、図３のステップＳ８において、時刻ｔが所定の終了時間を越えたか否かが判定される。そして、ＮＯ判定である場合には、ステップＳ９において、サンプリング時間Δｔ（制御周期に対応）が経過したか否かがさらに判定される。サンプリング時間Δｔが経過していない場合には、サンプリング時間Δｔが経過するまで待機し、サンプリング時間Δｔが経過すると、ステップＳ１０に進む。
【００３４】
ステップＳ１０においては、時刻ｔ←ｔ＋Δｔ、ｎ←ｎ＋１に設定して、ステップＳ２に戻る。そして、時刻ｔが所定の終了時間を越えるまでステップＳ２ステップＳ８の処理を繰返す。これにより、工具座標値算出部２２は指令値時系列データおよび検出値時系列データを工具５の先端点の指令軌跡および実軌跡としてそれぞれ作成することができる。
【００３５】
次いで、ステップＳ１１およびステップＳ１２においてはそれぞれＮ＝ｎ−１,ｎ＝２を設定する。そして、ステップＳ１３において、加速度算出部２３が、工具指令座標値Ｐｃｎ−１、Ｐｃｎ、Ｐｃｎ＋１を用いて加速度Ａｃｎを算出する。同様にステップＳ１４において、加速度算出部２３が、実座標値Ｐｆｎ−１、Ｐｆｎ、Ｐｆｎ＋１を用いて加速度Ａｆｎを算出する。このように三つの座標値から加速度を算出する場合には、短い処理時間で加速度を算出できるのが分かるであろう。なお、以下の演算についても加速度算出部２３が行うものとする。
【００３６】
次いで、ステップＳ１５およびステップＳ１６においては、表示形式選択部２４において加速度Ａｃｎ、Ａｆｎの表示形式がそれぞれ選択される。そして、ステップＳ１７およびステップＳ１８においては、選択された表示形式に従って加速度Ａｃｎ、Ａｆｎを表示部２５に表示する。
【００３７】
次いで、図４のステップＳ１９においては、ｎがＮ以上になったか否かが判定される。そして、ＮＯ判定である場合には、ステップＳ２０においてｎ←ｎ＋１に設定して、ステップＳ１３に戻る。そして、ｎがＮ以上になるまでステップＳ１３〜ステップＳ１９の処理を繰返す。
【００３８】
次いで、ステップＳ２１において、ｎ＝２、Ｎ←Ｎ−１を設定する。そして、ステップＳ２２において、加速度Ａｃ（ｎ）、Ａｃ（ｎ＋１）から工具指令座標値Ｐｃｎにおける加加速度Ｊｃｎを算出する。同様に、ステップＳ２３においては、加速度Ａｆ（ｎ）、Ａｆ（ｎ＋１）から実座標値Ｐｆｎにおける加加速度Ｊｆｎを算出する。
【００３９】
本発明では、二つの加速度を用いて加加速度を算出しているので、少なくとも四つの工具の座標値が使用されることに留意されたい。四つの座標値から加加速度を算出する場合には、短い処理時間で加加速度を算出できるのが分かるであろう。
【００４０】
次いで、ステップＳ２４およびステップＳ２５においては、表示形式選択部２５において加加速度Ｊｃｎ、Ｊｆｎの表示形式がそれぞれ選択される。そして、ステップＳ２６およびステップＳ２７においては、選択された表示形式に従って加加速度Ｊｃｎ、Ｊｆｎを表示部２６に表示する。なお、加加速度Ｊｃｎ、Ｊｆｎは、加速度Ａｃｎ、Ａｆｎに重畳しないように表示部２５の別の場所に表示されるのが好ましい。
【００４１】
その後、ステップＳ２８において、ｎ≧Ｎであると判定された場合には処理を終了する。ｎ≧Ｎでないと判定された場合には、ステップＳ２９においてｎ←ｎ＋１を設定され、ｎ≧Ｎになるまで、ステップＳ２２〜ステップＳ２７を繰返すものとする。
【００４２】
【数１】
【００４３】
【数２】
【００４４】
ところで、本発明における表示形式選択部２４は、加速度および／または加加速度について、色表示、ベクトル表示、および結線表示のうちの少なくとも一つを実施する。図６〜図８はそれぞれ表示形式選択部における色表示、ベクトル表示および結線表示を説明するための図である。以下の図においては、説明を簡略にする目的で、工具指令座標値Ｐｃｎについての法線加速度を実施例として説明する。ただし、実座標値Ｐｆｎの場合、接線加速度を表示する場合および加加速度を表示する場合も概ね同様であることに留意されたい。
【００４５】
はじめに、図６を参照して色表示について説明する。図６においては工具指令座標値Ｐｃｎと、それらを直線または曲線で結ぶ実線Ｘ１が示されている。この実線Ｘ１は工具５の先端点の指令軌跡を示している。図６の下方に示されるように、実線Ｘ１は、その法線加速度が実線Ｘ１よりも上側を向いている領域Ａ１、Ａ３と、法線加速度が実線Ｘ１よりも下側を向いている領域Ａ２とを含んでいる。
【００４６】
色表示においては、法線加速度が実線Ｘ１よりも上側を向いている領域Ａ１、Ａ３を第一の色、例えば青色で着色し、法線加速度が実線Ｘ１よりも下側を向いている領域Ａ２を第二の色、例えば赤色で着色する。
【００４７】
このとき、法線加速度の大きさに応じて第一および第二の色の濃淡を変更するのが好ましい。図６に示される例においては、実線Ｘ１の変曲点近傍は薄い色で表示され、実線Ｘ１の極値近傍は濃い色で表示されている。そして、変曲点と極値との間で色が徐々に変化するように濃淡が付けられている。色表示においては色を部分的に変更するかまたは濃淡を変化させるのみで、操作者は加速度の状態を容易に認識しやすくなる。なお、色表示においては、第一および第二の色を使用するだけでなく、さらに多数の色を用いて変曲点と極値との間を色分け表示するようにしてもよい。
【００４８】
次いで、図７を参照して、表示形式選択部におけるベクトル表示を説明する。図７の中央においては、法線加速度を実線Ｘ１における工具指令座標値Ｐｃｎのそれぞれから延ばしてベクトル表示している。これら法線加速度のベクトルＹ１の向きは法線加速度の方向を示しており、ノルムは法線加速度の大きさを示している。
【００４９】
さらに、ベクトル表示する場合には、図７の下方に示されるように、隣接する二つのベクトルＹ１の間に一つまたは複数の法線加速度のベクトルＹ２を表示してもよい。このよなベクトルＹ２は隣接する二つの工具指令座標値Ｐｃｎの間における実線Ｘ１から延びている。ベクトルＹ２はベクトルＹ１および実線Ｘ１から容易に算出できるのが当業者であれば分かるであろう。ベクトル表示において、工具の先端点の軌跡の隣接するデータ間の法線加速度ベクトルまたは法線加加速度ベクトルを補間して表示することで、操作者は法線加速度ベクトルまたは法線加加速度ベクトルを視覚的により容易に認識しやすくなる。
【００５０】
次いで、図８を参照して、表示形式選択部における結線表示を説明する。図８の中央においては工具指令座標値Ｐｃｎのそれぞれから延びる加速度ベクトルの終点のみを表示し、これらを直線または曲線で結んだ実線Ｘ２が示されている。図から分かるように、実線Ｘ１はその変曲点において実線Ｘ２に交差する。
【００５１】
さらに、図８の下方に示されるように、色表示をさらに組合わせることにより、領域Ａ１、Ａ３においては第一の色、例えば青色で濃淡表示すると共に、領域Ａ２においては第二の色、例えば赤色で濃淡表示される。また、加速度ベクトルおよび加加速度ベクトルならびに結線を実線Ｘ１の色とは別の色で着色したり、その濃淡を変化させたりしてもよい。このように二つ以上の表示形式を選択することにより、多様な表示形式を提供でき、操作者がさらに容易に識別できるようになるのが分かるであろう。
【００５２】
ところで、図９は表示形式選択部の他の機能を説明するための図である。実線Ｘ２等の変化が比較的小さい場合には、操作者が表示部２５上での変化を読みとれない場合がある。そのような場合には、拡大縮小機能により実線Ｘ２を縦方向に拡大するのが好ましい。図９においては実線Ｘ２を縦方向に１．５倍拡大した破線Ｘ２１が示されている。これにより、操作者が変化を読取るのを助勢する。
【００５３】
あるいは、実線Ｘ２等の変化が比較的大きい場合には、表示部２５内に実線Ｘ２全体が表示できない可能性もある。そのような場合には、拡大縮小機能により実線Ｘ２を縦方向に縮小するのが好ましい。図９においては実線Ｘ２を縦方向に０．５倍縮小した破線Ｘ２２が示されている。このような場合には、破線Ｘ２２全体を表示部２５内に表示することが可能となる。
【００５４】
このように本発明においては、指令値および実位置の両方に関して工具５の先端の軌跡を表示すると共に、各座標値において加速度（法線加速度、接線加速度）または加加速度を各種の表示形式で表示部２５上に表示している。従って、工作機械１の操作者は、ワークの加工面における形状誤差の原因、または指令値の軌跡と実位置の軌跡との間の差異の原因を加速度と対応付けて分析することができる。
【００５５】
さらに、加工面における形状誤差と法線加速度とを対応させて分析できるので、操作者はワークの湾曲加工面における工具５の送り速度を最適化できる。その結果、ワークの加工面を平滑にすることが可能となる。
【００５６】
なお、位置検出器１１〜１５および指令作成部１７が工具軌跡表示装置２０に含まれる場合であっても、本発明の範囲に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００５７】
１ 工作機械
２ テーブル
３ 支柱
４ ヘッド
５ 工具
１１〜１５ 位置検出器
１６ 数値制御装置
１７ 指令作成部
２０ 工具軌跡表示装置
２１ 位置データ取得部
２２ 工具座標値算出部
２３ 加速度算出部
２４ 表示形式選択部
２５ 表示部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工具先端点の加速度または加加速度の表示部を備えた工具軌跡表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在使用されている工作機械を制御する数値制御装置は、位置指令軌跡を表示する機能、工具が実際に移動した軌跡を表示する表示機能を有する場合がある。具体的には、工作機械の駆動軸の指令位置の時系列データおよび／または実位置の時系列データから工具の先端点の座標を算出して表示している。これにより、工具先端点の指令軌跡と実軌跡との間の形状誤差が視覚的に分析される。
【０００３】
このような従来技術の例として、特許文献１には、工作機械の各駆動軸の各時刻における位置情報と工作機械の機械構成の情報とに基づいて工具の先端部の三次元座標を算出してその軌跡を求めることが開示されている。さらに、特許文献１には、工具先端点の軌跡と工作機械の各駆動軸の加速度を対応づけて表示することが開示されている。
【０００４】
さらに、特許文献２には、ワークの形状データから算出された工具送り軸の加速度をグラフ表示すること、および加速度の閾値以上の特異点となる加速度を閾値以下になるように補正することにより、補正工作物形状データを求めることが開示されている。
【０００５】
さらに、特許文献３には、加工前に工具軌跡や工具移動速度を正確にシミュレーションし、シミュレーションした工具軌跡上に速度、加速度および加加速度を表示することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４６４８４７１号
【特許文献２】特許第３５１７９０９号
【特許文献３】特開２００９−９８９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ワークを工作機械で加工する際に、ワーク上に所望の加工面を得るためには、駆動軸または工具の指令位置に対する実位置の形状誤差を小さくする必要がある。そして、形状誤差が生じる原因を分析するためには、位置の情報だけでなく、加速度等の情報がさらに必要になる。
【０００８】
特に、ワークが多数の曲面を含んでいる場合には、工具が曲面を移動する速度に応じて、接線方向の加速度および法線方向の加速度も変化する。このため、工具からワークの加工面に作用する力も、このような加速度の変化に応じて変化する。そして、加工面に作用する力は、ワークの外観（縞目や痕等）に影響を与える。従って、形状誤差を分析するためには、駆動軸または工具の加速度、加加速度等の物理情報が必要とされる。
【０００９】
また、特許文献１の手法では、駆動軸毎に個別に加速度を確認する必要があり、加速度と加工面との対応関係を視覚的に捉えることは困難である。また、特許文献２における加速度は、閾値以上の特異点を抽出するのに使用されているので、特許文献２では、形状誤差を分析するために加速度を算出しているわけではない。
【００１０】
さらに、特許文献３では、シミュレーションされた工具軌跡に加速度を表示することが開示されているものの、実際の工具軌跡上に加速度などを表示しているわけではない。このため、特許文献３では、実際の加工面と対応付けて形状誤差を分析することはできない。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、駆動軸または工具の指令位置に対する実位置の形状誤差の分析を容易に行ってワークの外観不良を低減することのできる、工具軌跡表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、数値制御装置を用いて複数の駆動軸によって工具および被加工物のうちの少なくとも一方の位置および姿勢を制御する工作機械の前記工具の先端点の軌跡を表示する工作機械の工具軌跡表示装置において、前記複数の駆動軸に対する所定の制御周期毎の位置指令を作成する指令作成部と、前記複数の駆動軸のそれぞれに取付けられていて前記複数の駆動軸のそれぞれの位置を前記所定の制御周期毎に検出する位置検出器と、前記指令作成部により作成された前記所定の制御周期毎の位置指令を指令値時系列データとして取得すると共に、前記位置検出器により前記所定の制御周期毎に検出された位置検出値を検出値時系列データとして取得する位置データ取得部と、前記指令値時系列データおよび前記工作機械の構成に基づいて前記工具の先端点の工具指令座標値を前記指令値時系列データに対応させて算出すると共に、前記検出値時系列データおよび前記工作機械の構成に基づいて前記工具の先端点の工具実座標値を前記検出値時系列データに対応させて算出する工具座標値算出部と、前記工具指令座標値における少なくとも三つのデータを用いて前記工具の先端点の加速度または加加速度を算出すると共に、前記工具実座標値における少なくとも三つのデータを用いて前記工具の先端点の加速度または加加速度を算出する加速度算出部と、前記工具の先端点の軌跡をそれぞれ形成する前記工具指令座標値および前記工具実座標値の前記加速度または前記加加速度の表示形式を選択する表示形式選択部と、を具備し、該表示形式選択部は、前記加速度または前記加加速度の向きと大きさとに応じて前記工具の先端点の軌跡を色分けする色表示と、前記加速度または前記加加速度を加速度ベクトルまたは加加速度ベクトルとして前記工具の先端点の軌跡上に表示するベクトル表示と、隣接する前記加速度ベクトルまたは前記加加速度ベクトルの終点を互いに接続する結線を表示する結線表示とのうちの少なくとも一つを行うようになっており、さらに、前記表示形式選択部により選択された表示形式に従って、前記工具の先端点の軌跡と共に、前記加速度または前記加加速度を表示する表示部と、を備えたことを特徴とする工具軌跡表示装置が提供される。
【００１３】
２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記加速度算出部は、前記工具指令座標値および前記工具実座標値の連続する少なくとも三つのデータを用いて接線方向または法線方向の加速度を算出する。
３番目の発明によれば、１番目の発明において、前記加速度算出部は、前記工具指令座標値および前記工具実座標値の連続する少なくとも四つのデータを用いて接線方向または法線方向の加加速度を算出する。
４番目の発明によれば、１番目の発明において、前記表示形式選択部は、前記加速度または前記加加速度の向きまたは大きさに応じて、前記工具先端点の指令軌跡、前記工具先端点の実軌跡、前記加速度ベクトル、前記加加速度ベクトル、前記加速度ベクトルの結線、および前記加加速度ベクトルの結線のうち、少なくとも1つの色を変更するか、もしくは該色の濃淡を変化させて前記表示部に表示するようにした。
５番目の発明によれば、１番目の発明において、前記表示形式選択部は、前記工具指令座標値または前記工具実座標値の互いに隣接するデータを結ぶ直線または曲線における所定の複数の点を始点とすると共に、該所定の複数の点のそれぞれにおける接線に対して垂直で所定の点を通る直線と前記法線方向の加速度ベクトルの結線または前記法線方向の加加速度ベクトルの結線との交点を終点とする前記法線方向の加速度ベクトルまたは前記法線方向の加加速度ベクトルを前記表示部に表示する。６番目の発明によれば、１番目の発明において、前記表示形式選択部は、前記加速度ベクトルまたは前記加加速度ベクトルと前記結線と前記工具先端点の軌跡とが囲む面の色を変更するか、もしくが該色の濃淡を変化させて前記表示部に表示する。
７番目の発明によれば、１番目の発明において、前記表示形式選択部は、前記加速度または前記加加速度の大きさに応じて、前記加速度ベクトル、前記加加速度ベクトル、前記加速度ベクトルの結線、および前記加加速度ベクトルの結線のうち、少なくとも一つを前記加速度ベクトルまたは前記加加速度ベクトルの方向に任意の倍率で拡大または縮小する。
【発明の効果】
【００１４】
１番目の発明においては、工具の先端点の指令軌跡および実軌跡に対応させて、加速度または加加速度を一緒に表示している。従って、工作機械の操作者は、ワークの加工面における形状誤差の原因、または指令軌跡と実軌跡との間の差異の原因を加速度と対応付けて分析できる。その結果、操作者は、ワークの加工面における工具の送り速度を最適化して、ワークの外観不良を低減することができる。
【００１５】
２番目の発明においては、三つのデータを使用して、短い処理時間で加速度を算出できる。
３番目の発明においては、四つのデータを使用して、短い処理時間で加加速度を算出できる。
４番目の発明においては、色を部分的に変更するかまたは濃淡を変化させるのみで、操作者にとって加速度の状態が容易に認識できるようになる。
５番目の発明においては、工具の先端点の軌跡の隣接するデータ間の法線加速度ベクトル、および法線加加速度を補間して表示することで、操作者は法線加速度ベクトルまたは法線加加速度ベクトルを視覚的により容易に認識しやすくなる。
６番目の発明においては、軌跡、ベクトルおよび結線で囲まれる面を色表示するので、操作者が極めて容易に認識できるようになる。
【００１６】
７番目の発明においては、操作者が表示部における変化を読みとれない場合には拡大機能により操作者の読取りを助勢すると共に、表示部内にベクトルや結線などの全体が表示できない場合には縮小機能によりベクトルや結線などの全体を表示部内に表示できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に基づく工具軌跡表示装置が搭載される工作機械の斜視図である。
【図２】本発明に基づく工具軌跡表示装置の機能ブロック図である。
【図３】本発明に基づく工具軌跡表示装置の動作を示す第一のフローチャートである。
【図４】本発明に基づく工具軌跡表示装置の動作を示す第二のフローチャートである。
【図５】加速度の算出を説明するための図である。
【図６】表示形式選択部における色表示を説明するための図である。
【図７】表示形式選択部におけるベクトル表示を説明するための図である。
【図８】表示形式選択部における結線表示を説明するための図である。
【図９】表示形式選択部の他の機能を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は本発明に基づく工具軌跡表示装置が搭載される工作機械の斜視図である。図１に例として示される工作機械１は５軸加工機である。工作機械１は、ワーク（図示しない）が載置されるテーブル２と、テーブル２に対して互いに垂直な三方向（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）に相対的に移動する支柱３とを含んでいる。図示されるように、ヘッド４が支柱３から横方向に延びており、ヘッド４はテーブル２の表面に対して平行なＢ軸回りに回転する。さらに、Ｂ軸およびテーブル２の表面の両方に対して垂直なＡ軸回りに回転可能な工具５がヘッド４に取付けられている。
【００１９】
従って、工作機械１は三つの直動軸（Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸）ならびに二つの回動軸（Ａ軸およびＢ軸）によって工具５の位置および姿勢を制御してテーブル２上のワークを加工する。ただし、工具５がテーブル２に固定されていて、ワーク（図示しない）がヘッド４の先端に取付けられている場合であっても、本発明の範囲に含まれるものとする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ａ軸およびＢ軸を「駆動軸」と呼ぶ場合がある。
【００２０】
図２は本発明に基づく工具軌跡表示装置の機能ブロック図である。図２に示されるように、工具軌跡表示装置２０は数値制御装置１６を介して工作機械１に接続されている。工作機械１は各駆動軸を駆動するモータＭ１〜Ｍ５を含んでいる。これらモータＭ１〜Ｍ５のそれぞれには、駆動軸の実際の位置を所定の制御周期毎に検出する位置検出器１１〜１５がそれぞれ備え付けられている。
【００２１】
また、数値制御装置１６は各駆動軸に対する所定の制御周期毎の位置指令を作成する指令作成部１７を含んでいる。なお、実際には、指令作成部１７は工作機械１の動作プログラムを読取って各駆動軸の位置指令を作成するものとする。
【００２２】
図２に示されるように、工具軌跡表示装置２０は位置データ取得部２１を含んでいる。位置データ取得部２１は、指令作成部１７により作成された所定の制御周期毎の位置指令を指令値時系列データとして取得する。さらに、位置データ取得部２１は、位置検出器１１〜１５により検出された各駆動軸の位置検出値を検出値時系列データとして取得する。これらの時系列データは一時的に工具軌跡表示装置２０に記憶されるものとする。
【００２３】
さらに、工具軌跡表示装置２０は工具座標値算出部２２を含んでいる。工具座標値算出部２２は、指令値時系列データおよび工作機械１の構成に基づいて工具５の先端点の工具指令座標値を前記指令値時系列データに対応させて算出する。さらに、工具座標値算出部２２は、検出値時系列データおよび工作機械１の構成に基づいて工具５の先端点の工具実座標値を検出値時系列データに対応させて算出する。これら工具指令座標値および工具実座標値は、工具５の先端点の指令軌跡および実軌跡をそれぞれ表すものとする。なお、工作機械１の構成は、主に工作機械１の寸法を意味する。
【００２４】
さらに、工具軌跡表示装置２０は加速度算出部２３を含んでいる。加速度算出部２３は工具指令座標値における少なくとも三つのデータを用いて工具５の先端点の加速度および／または加加速度を算出すると共に、工具実座標値における少なくとも三つのデータを用いて工具５の先端点の加速度および／または加加速度を算出する。
【００２５】
さらに、工具軌跡表示装置２０は表示形式選択部２４を含んでいる。表示形式選択部２４は、工具指令座標値および工具実座標値のうちの少なくとも一方の加速度および／または加加速度の表示形式を選択する。
【００２６】
具体的には、表示形式選択部２４は、加速度または加加速度の向きと大きさとに応じて工具５の先端点の軌跡を色分けする色表示と、加速度または加加速度を加速度ベクトルまたは加加速度ベクトルとして工具５の先端点の軌跡（指令軌跡または実軌跡）に表示するベクトル表示と、隣接する前記加速度ベクトルまたは前記加加速度ベクトルの終点を互いに接続する結線を表示する結線表示とのうちの少なくとも一つを行う。
【００２７】
操作者が表示形式選択部２４の表示形式を選択するのが好ましい。もしくは加速度または加加速度の向きと大きさとに応じて表示形式が自動的に定まるようにしてもよい。選択された表示形式に従って、工具５の先端点の軌跡に対応させて加速度または加加速度が表示部２５に表示される。
【００２８】
図３および図４は本発明に基づく工具軌跡表示装置の動作を示すフローチャートである。以下、図３および図４を参照しつつ、本発明に基づく工具軌跡表示装置２０の動作について説明する。はじめに、ステップＳ１でｔ＝０、ｎ＝１、Ｎ＝０を設定する。ここで、ｔは所定の制御周期を単位とする時間であり、ｎは座標値の番号を示す値であり、Ｎは座標値の総数を示している。
【００２９】
次いで、ステップＳ２において、位置データ取得部２１は時刻ｔにおける各駆動軸の指令位置Ｐｃ（ｔ）を指令作成部１７から取得する。そして、ステップＳ３においては、位置検出器１１〜１５が検出した時刻ｔにおける各駆動軸の実位置Ｐｆ（ｔ）を取得する。
【００３０】
次いで、ステップＳ４において、工具座標値算出部２２が各駆動軸の指令位置Ｐｃ（ｔ）と工作機械１の構成（機械構成情報）とに基づいて、時刻ｔにおける工具指令座標値Ｐｃｎを算出する。同様に、ステップＳ５においては、工具座標値算出部２２が各駆動軸の実位置Ｐｆ（ｔ）と工作機械１の構成（機械構成情報）とに基づいて、時刻ｔにおける工具実座標値Ｐｆｎを算出する。これら工具指令座標値Ｐｃｎおよび工具実座標値Ｐｆｎは工具軌跡表示装置２０の記憶部（図示しない）に記憶される（ステップＳ６、ステップＳ７）。
【００３１】
ここで、工具指令座標値Ｐｃｎおよび工具実座標値Ｐｆｎの算出手法について説明する。図１を再び参照し、五つの駆動軸の座標をそれぞれｘ（ｔ）、ｙ（ｔ）、ｚ（ｔ）、ａ（ｔ）、ｂ（ｔ）とする。
【００３２】
そしてＡ軸とＢ軸との交点をＭとすると、交点Ｍの座標は（ｘ（ｔ）、ｙ（ｔ）、ｚ（ｔ））で表される。交点Ｍから工具５の先端までの長さをＬとし、工具５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５先端の座標は以下のように示される。
Ｐｘ（ｔ）＝ｘ（ｔ）＋Ｌ×ｃｏｓ（ａ（ｔ））×ｓｉｎ（ｂ（ｔ））
Ｐｙ（ｔ）＝ｙ（ｔ）＋Ｌ×ｓｉｎ（ａ（ｔ））
Ｐｚ（ｔ）＝ｚ（ｔ）−Ｌ×ｃｏｓ（ａ（ｔ））×ｃｏｓ（ｂ（ｔ））
このようにして、五つの駆動軸の位置情報と機械構成の条件とによって工具５の先端の座標を算出することができる。
【００３３】
次いで、図３のステップＳ８において、時刻ｔが所定の終了時間を越えたか否かが判定される。そして、ＮＯ判定である場合には、ステップＳ９において、サンプリング時間Δｔ（制御周期に対応）が経過したか否かがさらに判定される。サンプリング時間Δｔが経過していない場合には、サンプリング時間Δｔが経過するまで待機し、サンプリング時間Δｔが経過すると、ステップＳ１０に進む。
【００３４】
ステップＳ１０においては、時刻ｔ←ｔ＋Δｔ、ｎ←ｎ＋１に設定して、ステップＳ２に戻る。そして、時刻ｔが所定の終了時間を越えるまでステップＳ２ステップＳ８の処理を繰返す。これにより、工具座標値算出部２２は指令値時系列データおよび検出値時系列データを工具５の先端点の指令軌跡および実軌跡としてそれぞれ作成することができる。
【００３５】
次いで、ステップＳ１１およびステップＳ１２においてはそれぞれＮ＝ｎ−１,ｎ＝２を設定する。そして、ステップＳ１３において、加速度算出部２３が、工具指令座標値Ｐｃｎ−１、Ｐｃｎ、Ｐｃｎ＋１を用いて加速度Ａｃｎを算出する。同様にステップＳ１４において、加速度算出部２３が、実座標値Ｐｆｎ−１、Ｐｆｎ、Ｐｆｎ＋１を用いて加速度Ａｆｎを算出する。このように三つの座標値から加速度を算出する場合には、短い処理時間で加速度を算出できるのが分かるであろう。なお、以下の演算についても加速度算出部２３が行うものとする。
【００３６】
次いで、ステップＳ１５およびステップＳ１６においては、表示形式選択部２４において加速度Ａｃｎ、Ａｆｎの表示形式がそれぞれ選択される。そして、ステップＳ１７およびステップＳ１８においては、選択された表示形式に従って加速度Ａｃｎ、Ａｆｎを表示部２５に表示する。
【００３７】
次いで、図４のステップＳ１９においては、ｎがＮ以上になったか否かが判定される。そして、ＮＯ判定である場合には、ステップＳ２０においてｎ←ｎ＋１に設定して、ステップＳ１３に戻る。そして、ｎがＮ以上になるまでステップＳ１３〜ステップＳ１９の処理を繰返す。
【００３８】
次いで、ステップＳ２１において、ｎ＝２、Ｎ←Ｎ−１を設定する。そして、ステップＳ２２において、加速度Ａｃ（ｎ）、Ａｃ（ｎ＋１）から工具指令座標値Ｐｃｎにおける加加速度Ｊｃｎを算出する。同様に、ステップＳ２３においては、加速度Ａｆ（ｎ）、Ａｆ（ｎ＋１）から実座標値Ｐｆｎにおける加加速度Ｊｆｎを算出する。
【００３９】
本発明では、二つの加速度を用いて加加速度を算出しているので、少なくとも四つの工具の座標値が使用されることに留意されたい。四つの座標値から加加速度を算出する場合には、短い処理時間で加加速度を算出できるのが分かるであろう。
【００４０】
次いで、ステップＳ２４およびステップＳ２５においては、表示形式選択部２５において加加速度Ｊｃｎ、Ｊｆｎの表示形式がそれぞれ選択される。そして、ステップＳ２６およびステップＳ２７においては、選択された表示形式に従って加加速度Ｊｃｎ、Ｊｆｎを表示部２６に表示する。なお、加加速度Ｊｃｎ、Ｊｆｎは、加速度Ａｃｎ、Ａｆｎに重畳しないように表示部２５の別の場所に表示されるのが好ましい。
【００４１】
その後、ステップＳ２８において、ｎ≧Ｎであると判定された場合には処理を終了する。ｎ≧Ｎでないと判定された場合には、ステップＳ２９においてｎ←ｎ＋１を設定され、ｎ≧Ｎになるまで、ステップＳ２２〜ステップＳ２７を繰返すものとする。
【００４２】
【数１】
【００４３】
【数２】
【００４４】
ところで、本発明における表示形式選択部２４は、加速度および／または加加速度について、色表示、ベクトル表示、および結線表示のうちの少なくとも一つを実施する。図６〜図８はそれぞれ表示形式選択部における色表示、ベクトル表示および結線表示を説明するための図である。以下の図においては、説明を簡略にする目的で、工具指令座標値Ｐｃｎについての法線加速度を実施例として説明する。ただし、実座標値Ｐｆｎの場合、接線加速度を表示する場合および加加速度を表示する場合も概ね同様であることに留意されたい。
【００４５】
はじめに、図６を参照して色表示について説明する。図６においては工具指令座標値Ｐｃｎと、それらを直線または曲線で結ぶ実線Ｘ１が示されている。この実線Ｘ１は工具５の先端点の指令軌跡を示している。図６の下方に示されるように、実線Ｘ１は、その法線加速度が実線Ｘ１よりも上側を向いている領域Ａ１、Ａ３と、法線加速度が実線Ｘ１よりも下側を向いている領域Ａ２とを含んでいる。
【００４６】
色表示においては、法線加速度が実線Ｘ１よりも上側を向いている領域Ａ１、Ａ３を第一の色、例えば青色で着色し、法線加速度が実線Ｘ１よりも下側を向いている領域Ａ２を第二の色、例えば赤色で着色する。
【００４７】
このとき、法線加速度の大きさに応じて第一および第二の色の濃淡を変更するのが好ましい。図６に示される例においては、実線Ｘ１の変曲点近傍は薄い色で表示され、実線Ｘ１の極値近傍は濃い色で表示されている。そして、変曲点と極値との間で色が徐々に変化するように濃淡が付けられている。色表示においては色を部分的に変更するかまたは濃淡を変化させるのみで、操作者は加速度の状態を容易に認識しやすくなる。なお、色表示においては、第一および第二の色を使用するだけでなく、さらに多数の色を用いて変曲点と極値との間を色分け表示するようにしてもよい。
【００４８】
次いで、図７を参照して、表示形式選択部におけるベクトル表示を説明する。図７の中央においては、法線加速度を実線Ｘ１における工具指令座標値Ｐｃｎのそれぞれから延ばしてベクトル表示している。これら法線加速度のベクトルＹ１の向きは法線加速度の方向を示しており、ノルムは法線加速度の大きさを示している。
【００４９】
さらに、ベクトル表示する場合には、図７の下方に示されるように、隣接する二つのベクトルＹ１の間に一つまたは複数の法線加速度のベクトルＹ２を表示してもよい。このよなベクトルＹ２は隣接する二つの工具指令座標値Ｐｃｎの間における実線Ｘ１から延びている。ベクトルＹ２はベクトルＹ１および実線Ｘ１から容易に算出できるのが当業者であれば分かるであろう。ベクトル表示において、工具の先端点の軌跡の隣接するデータ間の法線加速度ベクトルまたは法線加加速度ベクトルを補間して表示することで、操作者は法線加速度ベクトルまたは法線加加速度ベクトルを視覚的により容易に認識しやすくなる。
【００５０】
次いで、図８を参照して、表示形式選択部における結線表示を説明する。図８の中央においては工具指令座標値Ｐｃｎのそれぞれから延びる加速度ベクトルの終点のみを表示し、これらを直線または曲線で結んだ実線Ｘ２が示されている。図から分かるように、実線Ｘ１はその変曲点において実線Ｘ２に交差する。
【００５１】
さらに、図８の下方に示されるように、色表示をさらに組合わせることにより、領域Ａ１、Ａ３においては第一の色、例えば青色で濃淡表示すると共に、領域Ａ２においては第二の色、例えば赤色で濃淡表示される。また、加速度ベクトルおよび加加速度ベクトルならびに結線を実線Ｘ１の色とは別の色で着色したり、その濃淡を変化させたりしてもよい。このように二つ以上の表示形式を選択することにより、多様な表示形式を提供でき、操作者がさらに容易に識別できるようになるのが分かるであろう。
【００５２】
ところで、図９は表示形式選択部の他の機能を説明するための図である。実線Ｘ２等の変化が比較的小さい場合には、操作者が表示部２５上での変化を読みとれない場合がある。そのような場合には、拡大縮小機能により実線Ｘ２を縦方向に拡大するのが好ましい。図９においては実線Ｘ２を縦方向に１．５倍拡大した破線Ｘ２１が示されている。これにより、操作者が変化を読取るのを助勢する。
【００５３】
あるいは、実線Ｘ２等の変化が比較的大きい場合には、表示部２５内に実線Ｘ２全体が表示できない可能性もある。そのような場合には、拡大縮小機能により実線Ｘ２を縦方向に縮小するのが好ましい。図９においては実線Ｘ２を縦方向に０．５倍縮小した破線Ｘ２２が示されている。このような場合には、破線Ｘ２２全体を表示部２５内に表示することが可能となる。
【００５４】
このように本発明においては、指令値および実位置の両方に関して工具５の先端の軌跡を表示すると共に、各座標値において加速度（法線加速度、接線加速度）または加加速度を各種の表示形式で表示部２５上に表示している。従って、工作機械１の操作者は、ワークの加工面における形状誤差の原因、または指令値の軌跡と実位置の軌跡との間の差異の原因を加速度と対応付けて分析することができる。
【００５５】
さらに、加工面における形状誤差と法線加速度とを対応させて分析できるので、操作者はワークの湾曲加工面における工具５の送り速度を最適化できる。その結果、ワークの加工面を平滑にすることが可能となる。
【００５６】
なお、位置検出器１１〜１５および指令作成部１７が工具軌跡表示装置２０に含まれる場合であっても、本発明の範囲に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００５７】
１ 工作機械
２ テーブル
３ 支柱
４ ヘッド
５ 工具
１１〜１５ 位置検出器
１６ 数値制御装置
１７ 指令作成部
２０ 工具軌跡表示装置
２１ 位置データ取得部
２２ 工具座標値算出部
２３ 加速度算出部
２４ 表示形式選択部
２５ 表示部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
数値制御装置を用いて複数の駆動軸によって工具および被加工物のうちの少なくとも一方の位置および姿勢を制御する工作機械の前記工具の先端点の軌跡を表示する工作機械の工具軌跡表示装置において、
前記複数の駆動軸に対する所定の制御周期毎の位置指令を作成する指令作成部と、
前記複数の駆動軸のそれぞれに取付けられていて前記複数の駆動軸のそれぞれの位置を前記所定の制御周期毎に検出する位置検出器と、
前記指令作成部により作成された前記所定の制御周期毎の位置指令を指令値時系列データとして取得すると共に、前記位置検出器により前記所定の制御周期毎に検出された位置検出値を検出値時系列データとして取得する位置データ取得部と、
前記指令値時系列データおよび前記工作機械の構成に基づいて前記工具の先端点の工具指令座標値を前記指令値時系列データに対応させて算出すると共に、前記検出値時系列データおよび前記工作機械の構成に基づいて前記工具の先端点の工具実座標値を前記検出値時系列データに対応させて算出する工具座標値算出部と、
前記工具指令座標値における少なくとも三つのデータを用いて前記工具の先端点の加速度または加加速度を算出すると共に、前記工具実座標値における少なくとも三つのデータを用いて前記工具の先端点の加速度または加加速度を算出する加速度算出部と、
前記工具の先端点の軌跡をそれぞれ形成する前記工具指令座標値および前記工具実座標値の前記加速度または前記加加速度の表示形式を選択する表示形式選択部と、を具備し、該表示形式選択部は、前記加速度または前記加加速度の向きと大きさとに応じて前記工具の先端点の軌跡を色分けする色表示と、前記加速度または前記加加速度を加速度ベクトルまたは加加速度ベクトルとして前記工具の先端点の軌跡上に表示するベクトル表示と、隣接する前記加速度ベクトルまたは前記加加速度ベクトルの終点を互いに接続する結線を表示する結線表示とのうちの少なくとも一つを行うようになっており、
さらに、
前記表示形式選択部により選択された表示形式に従って、前記工具の先端点の軌跡と共に、前記加速度または前記加加速度を表示する表示部と、を備えたことを特徴とする工具軌跡表示装置。
【請求項２】
前記加速度算出部は、前記工具指令座標値および前記工具実座標値の連続する少なくとも三つのデータを用いて接線方向または法線方向の加速度を算出することを特徴とする請求項１に記載の工具軌跡表示装置。
【請求項３】
前記加速度算出部は、前記工具指令座標値および前記工具実座標値の連続する少なくとも四つのデータを用いて接線方向または法線方向の加加速度を算出することを特徴とする請求項１に記載の工具軌跡表示装置。
【請求項４】
前記表示形式選択部は、前記加速度または前記加加速度の向きおよび大きさに応じて、前記工具先端点の軌跡、前記加速度ベクトル、前記加加速度ベクトル、前記加速度ベクトルの結線、および前記加加速度ベクトルの結線うち、少なくとも1つの色を変更するか、もしくは該色の濃淡を変化させて前記表示部に表示するようにした、ことを特徴とする請求項１に記載の工具軌跡表示装置。
【請求項５】
前記表示形式選択部は、前記工具指令座標値または前記工具実座標値の互いに隣接するデータを結ぶ直線または曲線における所定の複数の点を始点とすると共に、該所定の複数の点のそれぞれにおける接線に対して垂直で所定の点を通る直線と前記法線方向の加速度ベクトルの結線または前記法線方向の加加速度ベクトルの結線との交点を終点とする前記法線方向の加速度ベクトルまたは前記法線方向の加加速度ベクトルを前記表示部に表示する、ことを特徴とする請求項１に記載の工具軌跡表示装置。
【請求項６】
前記表示形式選択部は、前記加速度ベクトルまたは前記加加速度ベクトルと前記結線と前記工具先端点の軌跡とが囲む面の色を変更するか、もしくが該色の濃淡を変化させて前記表示部に表示する、ことを特徴とする請求項１に記載の工具軌跡表示装置。
【請求項７】
前記表示形式選択部は、前記加速度または前記加加速度の大きさに応じて、前記加速度ベクトル、前記加加速度ベクトル、前記加速度ベクトルの結線、および前記加加速度ベクトルの結線のうち、少なくとも一つを前記加速度ベクトルまたは前記加加速度ベクトルの方向に任意の倍率で拡大または縮小する、ことを特徴とする請求項１に記載の工具軌跡表示装置。
【請求項１】
数値制御装置を用いて複数の駆動軸によって工具および被加工物のうちの少なくとも一方の位置および姿勢を制御する工作機械の前記工具の先端点の軌跡を表示する工作機械の工具軌跡表示装置において、
前記複数の駆動軸に対する所定の制御周期毎の位置指令を作成する指令作成部と、
前記複数の駆動軸のそれぞれに取付けられていて前記複数の駆動軸のそれぞれの位置を前記所定の制御周期毎に検出する位置検出器と、
前記指令作成部により作成された前記所定の制御周期毎の位置指令を指令値時系列データとして取得すると共に、前記位置検出器により前記所定の制御周期毎に検出された位置検出値を検出値時系列データとして取得する位置データ取得部と、
前記指令値時系列データおよび前記工作機械の構成に基づいて前記工具の先端点の工具指令座標値を前記指令値時系列データに対応させて算出すると共に、前記検出値時系列データおよび前記工作機械の構成に基づいて前記工具の先端点の工具実座標値を前記検出値時系列データに対応させて算出する工具座標値算出部と、
前記工具指令座標値における少なくとも三つのデータを用いて前記工具の先端点の加速度または加加速度を算出すると共に、前記工具実座標値における少なくとも三つのデータを用いて前記工具の先端点の加速度または加加速度を算出する加速度算出部と、
前記工具の先端点の軌跡をそれぞれ形成する前記工具指令座標値および前記工具実座標値の前記加速度または前記加加速度の表示形式を選択する表示形式選択部と、を具備し、該表示形式選択部は、前記加速度または前記加加速度の向きと大きさとに応じて前記工具の先端点の軌跡を色分けする色表示と、前記加速度または前記加加速度を加速度ベクトルまたは加加速度ベクトルとして前記工具の先端点の軌跡上に表示するベクトル表示と、隣接する前記加速度ベクトルまたは前記加加速度ベクトルの終点を互いに接続する結線を表示する結線表示とのうちの少なくとも一つを行うようになっており、
さらに、
前記表示形式選択部により選択された表示形式に従って、前記工具の先端点の軌跡と共に、前記加速度または前記加加速度を表示する表示部と、を備えたことを特徴とする工具軌跡表示装置。
【請求項２】
前記加速度算出部は、前記工具指令座標値および前記工具実座標値の連続する少なくとも三つのデータを用いて接線方向または法線方向の加速度を算出することを特徴とする請求項１に記載の工具軌跡表示装置。
【請求項３】
前記加速度算出部は、前記工具指令座標値および前記工具実座標値の連続する少なくとも四つのデータを用いて接線方向または法線方向の加加速度を算出することを特徴とする請求項１に記載の工具軌跡表示装置。
【請求項４】
前記表示形式選択部は、前記加速度または前記加加速度の向きおよび大きさに応じて、前記工具先端点の軌跡、前記加速度ベクトル、前記加加速度ベクトル、前記加速度ベクトルの結線、および前記加加速度ベクトルの結線うち、少なくとも1つの色を変更するか、もしくは該色の濃淡を変化させて前記表示部に表示するようにした、ことを特徴とする請求項１に記載の工具軌跡表示装置。
【請求項５】
前記表示形式選択部は、前記工具指令座標値または前記工具実座標値の互いに隣接するデータを結ぶ直線または曲線における所定の複数の点を始点とすると共に、該所定の複数の点のそれぞれにおける接線に対して垂直で所定の点を通る直線と前記法線方向の加速度ベクトルの結線または前記法線方向の加加速度ベクトルの結線との交点を終点とする前記法線方向の加速度ベクトルまたは前記法線方向の加加速度ベクトルを前記表示部に表示する、ことを特徴とする請求項１に記載の工具軌跡表示装置。
【請求項６】
前記表示形式選択部は、前記加速度ベクトルまたは前記加加速度ベクトルと前記結線と前記工具先端点の軌跡とが囲む面の色を変更するか、もしくが該色の濃淡を変化させて前記表示部に表示する、ことを特徴とする請求項１に記載の工具軌跡表示装置。
【請求項７】
前記表示形式選択部は、前記加速度または前記加加速度の大きさに応じて、前記加速度ベクトル、前記加加速度ベクトル、前記加速度ベクトルの結線、および前記加加速度ベクトルの結線のうち、少なくとも一つを前記加速度ベクトルまたは前記加加速度ベクトルの方向に任意の倍率で拡大または縮小する、ことを特徴とする請求項１に記載の工具軌跡表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−４５３３２（Ｐ２０１３−４５３３２Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８３５１２（Ｐ２０１１−１８３５１２）
【出願日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【出願人】（３９０００８２３５）ファナック株式会社 (1,110)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【出願人】（３９０００８２３５）ファナック株式会社 (1,110)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]