(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
動作プログラムに従って円動作又は円弧動作を行う可動部の軌跡を表示する軌跡表示装置であって、
前記可動部を移動させるモータの位置情報を、前記モータに設けたモータ側検出器から所定のサンプリング周期毎に取得するモータ側位置取得部と、
前記モータの位置情報と機械情報から、前記モータのモータ端の実座標値を算出するモータ端実座標算出部と、
前記可動部の位置を測定し、機械端の実軌跡上の点の座標値として所定の周期で出力する位置測定器と、
前記機械端の実軌跡上の点の座標値を、点列データとして取得する機械端データ取得部と、
前記モータ端の実軌跡が構成する円又は円弧の中心座標と前記機械端の実軌跡が構成する円又は円弧の中心座標とが互いに一致するように、前記モータ端の実座標及び前記機械端の点列データを、それぞれモータ端の実軌跡及び機械端の実軌跡として重ねて表示する表示部と、
前記モータ端の実座標から、前記モータ端の実軌跡が構成する円又は円弧の中心座標を算出する中心座標算出部と、を備え、
前記中心座標算出部は、象限突起を含む所定の角度範囲を除いたモータ端の実座標から、前記モータ端の実軌跡が構成する円又は円弧の中心座標を算出する、軌跡表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ端と機械端の軌跡を表示する機能を備えた軌跡表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、加工形状の誤差を確認する手法として、工作機械の工具先端点等の代表点の指令軌跡と、その指令に従って工具先端点等の代表点を実際に移動させたときのフィードバック軌跡とを重ねて表示し、指令軌跡に対する誤差を視覚的に確認する工具軌跡表示手法が用いられてきた。
【０００３】
例えば特許文献１には、ＮＣプログラム解析により生成した工具の移動軌跡と、その移動軌跡に基づいて工具を移動させたときの工具の位置データを、該移動軌跡に重畳して表示する機能を有するＮＣ装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０６−０５９７１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来は、機械端の軌跡を計測する測定器にて測定した機械端の実軌跡と、モータ端の位置データから算出したモータ端の実軌跡とを比較する場合、それぞれを別の表示器等に表示し、比較していた。しかし、機械端の実軌跡に変動（指令軌跡との乖離）が生じた場合、その要因は、モータ端の位置（軌跡）自体の変動と、モータ端の動きを機械端へ伝達する機構部の変動・機械的誤差との２通りが考えられる。従って、機械端の軌跡データを観測するだけでは、それらを区別することは難しい。また、機械端の実軌跡とモータ端の実軌跡とを別々に表示した状態では、両者の比較が難しく、解析も容易ではない。
【０００６】
特許文献１に記載の技術は、ＮＣプログラムから作成した工具の移動軌跡と、その移動軌跡に基づいて工具を移動させた時の工具の実軌跡を重ねて表示させるものである。つまり、特許文献１に記載のＮＣ装置は、指令軌跡にフィードバック軌跡を重ねて表示する機能を有するものではあるが、異なる種類の２つの実軌跡を重ねて表示するものではない。
【０００７】
そこで本発明は、モータ端の実軌跡と機械端の実軌跡とを視覚的に容易に比較できるようにし、作業者が両実軌跡の乖離の要因を容易に把握できるようにした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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本願第１の発明は、加工プログラムに従って円動作又は円弧動作を行う可動部の軌跡を表示する軌跡表示装置であって、前記可動部を移動させるモータの位置情報を、前記モータに設けたモータ側検出器から所定のサンプリング周期毎に取得するモータ側位置取得部と、前記モータの位置情報と機械情報から、前記モータのモータ端の実座標値を算出するモータ端実座標算出部と、前記可動部の位置を測定し、機械端の実軌跡上の点の座標値として所定の周期で出力する位置測定器と、前記機械端の実軌跡上の点の座標値を、点列データとして取得する機械端データ取得部と、前記モータ端の実軌跡が構成する円又は円弧の中心座標と前記機械端の実軌跡が構成する円又は円弧の中心座標とが互いに一致するように、前記モータ端の実座標及び前記機械端の点列データを、それぞれモータ端の実軌跡及び機械端の実軌跡として重ねて表示する表示部と、を備える、軌跡表示装置を提供する。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、前記モータ端の実軌跡が構成する円又は円弧の中心座標が、前記加工プログラムのプログラム原点である、軌跡表示装置を提供する。
【００１０】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記モータ端の実座標から、前記モータ端の実軌跡が構成する円又は円弧の中心座標を算出する中心座標算出部をさらに備える、軌跡表示装置を提供する。
【００１１】
第４の発明は、第３の発明において、前記中心座標算出部は、象限突起を含む所定の角度範囲を除いたモータ端の実座標から、前記モータ端の実軌跡が構成する円又は円弧の中心座標を算出する、軌跡表示装置を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、モータ端の実軌跡と機械端の実軌跡とを対比可能に表示できるので、モータ端の軌跡調整の結果が機械端に与える影響や、機械端の実軌跡の変動の要因を容易に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の好適な実施形態に係る軌跡表示装置を、該軌跡表示装置の表示対象を含む工作機械と、該工作機械を制御する数値制御装置とともに示す機能ブロック図である。
【図２】図１の軌跡表示装置における処理の一例を示すフローチャートである。
【図３】工作機械の可動部を移動させる機構の一例を示す概略図である。
【図４】所定の指令軌跡に対するモータ端の実軌跡の一例を表示するグラフである。
【図５】可動部の位置を測定する位置測定器の一例を示す概略図である。
【図６】機械端の実軌跡の一例を表示するグラフである。
【図７】所定の指令軌跡に対するモータ端及び機械端の実軌跡の一例を表示するグラフである。
【図８】モータ端の中心座標のずれを解消する手順を説明する図である。
【図９】モータ端の実軌跡が象限突起を含む例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本発明の好適な実施形態に係る軌跡表示装置１０を、軌跡表示装置１０の表示対象を含む工作機械１２と、工作機械１２を制御する数値制御装置（ＣＮＣ）１４とともに示す機能ブロック図である。工作機械（機構部）１２は、少なくとも１つ、好ましくは２つ以上（図示例では２つ）のサーボモータ等のモータ１６を有し、モータ１６によって円動作又は円弧動作を行う可動部（後述するＸ−Ｙテーブル等）１８を有する。可動部１８（機械端）の位置は、ボールバー、ＫＧＭ（交差格子スケール）又はフォトセンサ等の位置測定器２０によって測定することができる。
【００１５】
モータ１６の各々には、エンコーダ又はレゾルバ等のモータ側検出器２２が取り付けられており、数値制御装置１４は、各モータ１６の位置情報を取得することができる。数値制御装置１４は、予め定めた加工プログラムと、取得した各モータの位置情報とに基づき、可動部１８が円動作又は円弧動作を行うように各モータ１６の制御（例えばフィードバック制御）を行う。
【００１６】
軌跡表示装置１０は、モータ側検出器２２からモータ１６の位置情報を所定のサンプリング周期毎に取得するモータ側位置取得部２４と、モータ１６の位置情報と機械情報から、モータ端の実座標値を算出するモータ端実座標算出部２６と、位置測定器２０から、可動部１８についての機械端の実軌跡上の点の座標値を点列データとして取得する機械端データ取得部２８と、モータ端の実軌跡が構成する円又は円弧の中心座標と機械端の実軌跡が構成する円又は円弧の中心座標とが互いに一致するように、モータ端の実座標及び機械端の点列データを、それぞれモータ端の実軌跡及び機械端の実軌跡として重ねて表示する表示部３０とを有する。なお図１の例では、軌跡表示装置１０は数値制御装置１４とは別の装置として示されているが、両装置を実質一体とし、数値制御装置１４が軌跡表示装置１０の機能を具備するようにしてもよい。
【００１７】
次に、図２のフローチャート等を参照しつつ、軌跡表示装置１０における処理の一例を説明する。ここでは、図３に例示するように、工作機械１２の可動部（テーブル）１８が、２つのモータ１６にそれぞれ連結された互いに直交する２つの駆動軸（Ｘ軸３２及びＹ軸３４）によって、加工プログラム等の所定の動作プログラムに従って円動作を行う場合を考える。２つのモータ１６に対して、位相が９０°異なる正弦波状の指令を送ることにより、テーブル１８が該指令に従って円状に動作する。
【００１８】
先ずステップＳ１において、モータ側位置取得部２４が、各モータ１６の位置情報を所定のサンプリング周期毎に取得する。より具体的には、モータ側位置取得部２４は、各モータ１６に取り付けられたモータ側検出器２２から、各モータの正弦波状の位置情報を取得する。或いは、数値制御装置１４がフィードバック制御によってモータ１６を制御する場合は、各モータの位置情報は、数値制御装置１４から時系列で取得することもできる。
【００１９】
次にステップＳ２において、モータ端実座標算出部２６が、Ｘ軸３２及びＹ軸３４を駆動するモータの、取得された位置情報（ｘk(k・Δt)，ｙk(k・Δt)）（k＝１、２、.. 、Ｎ、Δtはサンプリング周期）と、機械情報（駆動軸の形状・寸法等）とから、モータ端の実座標（Ｘk(k・Δt)，Ｙk(k・Δt)）を算出する。ここでモータ端とは、モータ側検出器から得られたモータの位置情報（回転位置等）と、モータに直結された送り軸等の駆動体の形状・寸法等（機械情報）から計算で求められる位置を意味する。一方、機械端とは、可動部の代表点（例えばテーブル中心）の位置を意味し、上述の位置検出器によって直接測定可能である。従ってモータ端から機械端までの機構部に寸法誤差や変動等が全くなければ、後述するモータ端の実軌跡と機械端の実軌跡とは合致することになる。
【００２０】
図３の例ではモータ端は、モータ側検出器２２から得られるフィードバックパルスの積算値に、対応する駆動軸の移動量を乗算した値に相当する。例えば、１パルス当たりのＸ軸の移動量が１μｍに相当する場合、積算値が１０００パルスとなったことは、モータ端がＸ軸方向に１ｍｍ移動したことを意味する。
【００２１】
このようにして得られたモータ端の実座標を直交座標系に表示することにより、モータ端の実軌跡を表示することができる。例えば図４は、（Ｘ，Ｙ）＝（−４０，０）を中心座標とする半径４０ｍｍの円を指令軌跡３６とした動作指令に基づく動作を行った際のモータ端の実軌跡３８を表示している。
【００２２】
次のステップＳ３では、図５に示すように、テーブル１８の代表点（例えばテーブル中心）の位置を、位置測定器（図示例ではボールバー）２０を用いて所定の周期で測定する。位置測定器２０は、テーブル１８の代表点の位置を、機械端の実軌跡上の点の座標値（Ｘk’(k・Δt)，Ｙk’(k・Δt)）として所定の周期で出力し、機械端データ取得部２８が、位置測定器２０の出力を点列データとして取得する。図６は、機械端の実座標（Ｘk’(k・Δt)，Ｙk’(k・Δt)）をＸＹ座標系にプロットした際の実軌跡を示しており、（Ｘ，Ｙ）＝（０，０）を中心座標とする機械端の実軌跡４０を表している。
【００２３】
次にステップＳ４において、表示部３０が、ステップＳ２で得られたモータ端の実軌跡（図４）と、ステップＳ３で得られた機械端の実軌跡（図６）とを、同一座標系に重ねて表示する。ここで、図４の実軌跡と図６の実軌跡とをそのまま重ねて表示すると、円弧の中心座標が異なるため、両実軌跡を対比することが困難となる。そこで、図７に示すように、モータ端の実軌跡３８が構成する円又は円弧の中心座標と、機械端の実軌跡４０が構成する円又は円弧の中心座標とが互いに一致するように、両軌跡を同一座標系に重ねて表示することにより、両軌跡を好適に対比することが可能となる。
【００２４】
ステップＳ４の処理の結果、図７に示すように、モータ端の実軌跡３８と機械端の実軌跡４０とが対比可能に表示されるので、機械端の実軌跡が変動していたり指令軌跡に対して大きく乖離したりしている場合、その変動や乖離の要因がモータ端の動作自体にあるのか、モータ端の動作を機械端に伝達する機構部にあるのかを容易に判断できるようになる。つまり、モータ端の実軌跡３８と機械端の実軌跡４０とが概ね一致していれば、機械端の変動や指令軌跡との乖離の原因は主としてモータ端の動作にあり、モータ端の実軌跡３８と機械端の実軌跡４０とが乖離していれば、主としてモータ端と機械端との間の機構部に原因があることになる。
【００２５】
またモータ端の実軌跡３８と機械端の実軌跡４０とを、中心座標を一致させて同一座標系に重ねて表示することにより、サーボ調整等の、モータ端の軌跡調整の結果が機械端に与える影響を容易に把握することができる。
【００２６】
両軌跡の中心座標を一致させるためには種々の方法が考えられるが、例えば図７に示すように、上述の加工プログラムにおけるプログラム原点をモータ端の実軌跡３８が構成する円の中心座標（−４０，０）とし、位置測定器２０が出力した機械端の実軌跡４０が構成する円の中心座標（０，０）がプログラム原点に一致するように機械端の実軌跡４０を平行移動させることにより、両軌跡を、それらの中心座標を一致させて重ねて表示することができる。
【００２７】
図８に示すように、モータ端の実軌跡３８は、指令軌跡３６に対してずれることがあり、その場合、プログラム原点Ｏとモータ端の実軌跡３８の中心座標Ｏ’とは一致しなくなる。そこでこのような場合は、軌跡表示装置１０に中心座標算出部４２（図１）をさらに設け、中心座標算出部４２が、モータ端の実軌跡から円の中心座標を算出するようにしてもよい。具体的には、以下に示す（式１）のように、最小二乗法を用いて、半径ｒの円に対する誤差の積算値Ｓが最小となる座標（Ｘ0，Ｙ0）を算出することができる。この座標（Ｘ0，Ｙ0）が実軌跡３８の中心座標Ｏ’に相当するので、プログラム原点Ｏを中心座標Ｏ’に平行移動させることにより、指令軌跡に対するモータ端の実軌跡のずれを解消することができる。
【００２８】
0005897671.tif 000002
【００２９】
また、図９に示すように、駆動軸の反転時にバックラッシ等による象限突起が生じる場合、モータ端の中心座標Ｏ’を精度よく算出できない場合がある。このような場合、上述の中心座標算出部４２は、象限突起を含む所定の角度範囲（図示例では、象限が変化する０、９０、１８０、２７０度及びその近傍（例えば０、９０、１８０、２７０＋２〜５度の範囲）のデータ）を除いたモータ端の実座標データから、実軌跡３８の中心座標Ｏ’を算出することが好ましい。これにより、中心座標Ｏ’をより高精度に求めることができる。
【符号の説明】
【００３０】
１０    軌跡表示装置
１２    工作機械
１４    数値制御装置
１６    モータ
１８    可動部
２０    位置測定器
２２    モータ側検出器
２４    モータ側位置取得部
２６    モータ端実座標算出部
２８    機械端データ取得部
３０    表示部
３２    Ｘ軸
３４    Ｙ軸
４２    中心座標算出部
【要約】
【課題】モータ端の実軌跡と機械端の実軌跡とを視覚的に容易に比較できるようにし、作業者が両実軌跡の乖離の要因を容易に把握できるようにした軌跡表示装置の提供。
【解決手段】軌跡表示装置１０は、モータ１６の位置情報を所定のサンプリング周期毎に取得するモータ側位置取得部２４と、モータ１６の位置情報と機械情報からモータ端の実座標値を算出するモータ端実座標算出部２６と、機械端の実軌跡上の点の座標値を点列データとして取得する機械端データ取得部２８と、モータ端の実軌跡が構成する円又は円弧の中心座標と機械端の実軌跡が構成する円又は円弧の中心座標とが互いに一致するように、モータ端の実座標及び機械端の点列データを、それぞれモータ端の実軌跡及び機械端の実軌跡として重ねて表示する表示部３０とを有する。
【選択図】図１【図１】
0005897671.tif 000003
【図２】
0005897671.tif 000004
【図３】
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【図４】
0005897671.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
0005897671.tif 000009
【図８】
0005897671.tif 000010
【図９】
0005897671.tif 000011