(57)【要約】【課題】工作機械の３次元軌跡の誤差を正確に定量化し、該誤差を表示又は出力できる機能を備えた軌跡表示装置を提供する。【解決手段】軌跡表示装置２０は、指令位置データ取得部２２が取得した各指令位置について、隣接する２点を結ぶ線分を指令線分として定義する指令線分定義部２８と、実位置データ取得部２４が取得した各時刻における実位置から上記指令線分の各々に至る垂線を定義し、該垂線のうち最も短い垂線の長さと、該実位置と該実位置に最も近い指令位置とを結ぶ線分の長さのうち、より長さの短いものを指令経路に対する各実位置の誤差として計算する誤差計算部３０とを有する。【選択図】図１
2011060016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
数値制御装置により３次元の位置制御が行われる対象物の実位置の３次元軌跡を表示する軌跡表示装置において、
離散的な時刻における指令位置データを取得する指令位置データ取得部と、
離散的な時刻における実位置データを取得する実位置データ取得部と、
前記指令位置の各点に対して、それぞれ隣り合う２点を結ぶ指令線分を定義する指令線分定義部と、
各時刻における前記実位置から前記指令線分の各々に至る垂線のうち最小の垂線の長さと、その実位置と該実位置に最も近い指令位置を結ぶ線分の長さとのうち、より長さの短いものを指令経路に対する実位置の誤差として計算する誤差計算部と、
前記誤差を表示する表示部及び外部へ出力する出力部の少なくとも一方と、
を有することを特徴とする軌跡表示装置。
【請求項２】
前記誤差計算部は、各実位置の時刻との時間差が所定の時間以内である指令位置を含む指令線分のみに対して、各実位置の誤差を計算することを特徴とする請求項１に記載の軌跡表示装置。
【請求項３】
前記指令位置の３次元軌跡を表示するとともに、各実位置における前記軌跡の表示として、前記誤差の計算の対象となる前記指令経路に対する実位置の誤差方向に所定の倍率にて前記誤差を拡大して表示することを特徴とする請求項１又は２に記載の軌跡表示装置。
【請求項４】
前記誤差表示部は、前記誤差の大きさに応じて、軌跡の表示色及び太さの少なくとも一方を変更することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の軌跡表示装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の軌跡表示装置を有し、数値制御装置を用いて回転軸を含む複数の駆動軸を制御し、工具及び加工物の位置を制御する工作機械において、
前記軌跡表示装置は、各駆動軸の指令及び実位置の情報から工具先端部の３次元座標値を計算し、前記工具先端部の指令位置及び実位置の軌跡を求め、前記指令位置に対する前記実位置の誤差を計算して該誤差を表示又は出力することを特徴とする工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械の３次元の軌跡を表示する表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械の工具先端部等の代表点の軌跡は通常、３次元曲線を呈する。この３次元曲線の誤差、すなわち指令された軌跡に対する実際の軌跡すなわちフィードバック軌跡のずれの計算は容易ではなく、誤差量を直感的に把握することは困難である。
【０００３】
そこで誤差量を容易に把握できるようにするために、例えば特許文献１には、工作機械の各軸の位置偏差を合成し、合成された位置偏差が設定限界値を超えたか否かによって線種や表示色を変化させて軌跡を表示する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１１−１４３５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
合成された位置偏差は、ある時刻における指令位置に対する実位置の遅れを表しており、指令軌跡に対して実位置がどのくらいずれているかを示しているものではない。このため、位置偏差の合成値は、指令軌跡に対する実位置のずれを必ずしも正しく示すものではない。このため、３次元軌跡の誤差を正確に把握することは困難であり、また軌跡上の問題箇所を特定したり、その原因調査を行ったりする際に時間がかかるという問題があった。
【０００６】
そこで本発明は、工作機械の３次元軌跡の誤差を正確に定量化し、該誤差を表示又は出力できる機能を備え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】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、数値制御装置により３次元の位置制御が行われる対象物の実位置の３次元軌跡を表示する軌跡表示装置において、離散的な時刻における指令位置データを取得する指令位置データ取得部と、離散的な時刻における実位置データを取得する実位置データ取得部と、前記指令位置の各点に対して、それぞれ隣り合う２点を結ぶ指令線分を定義する指令線分定義部と、各時刻における前記実位置から前記指令線分の各々に至る垂線のうち最小の垂線の長さと、その実位置と該実位置に最も近い指令位置を結ぶ線分の長さとのうち、より長さの短いものを指令経路に対する実位置の誤差として計算する誤差計算部と、前記誤差を表示する表示部及び外部へ出力する出力部の少なくとも一方と、を有することを特徴とする軌跡表示装置を提供する。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の軌跡表示装置において、前記誤差計算部は、各実位置の時刻との時間差が所定の時間以内である指令位置を含む指令線分のみに対して、各実位置の誤差を計算することを特徴とする軌跡表示装置を提供する。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の軌跡表示装置において、前記指令位置の３次元軌跡を表示するとともに、各実位置における前記軌跡の表示として、前記誤差の計算の対象となる前記指令経路に対する実位置の誤差方向に所定の倍率にて前記誤差を拡大して表示することを特徴とする軌跡表示装置を提供する。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の軌跡表示装置において、前記誤差表示部は、前記誤差の大きさに応じて、軌跡の表示色及び太さの少なくとも一方を変更することを特徴とする軌跡表示装置を提供する。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の軌跡表示装置を有し、数値制御装置を用いて回転軸を含む複数の駆動軸を制御し、工具及び加工物の位置を制御する工作機械において、前記軌跡表示装置は、各駆動軸の指令及び実位置の情報から工具先端部の３次元座標値を計算し、前記工具先端部の指令位置及び実位置の軌跡を求め、前記指令位置に対する前記実位置の誤差を計算して該誤差を表示又は出力することを特徴とする工作機械を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、制御対象物の３次元の実位置又は実位置軌跡の誤差を、従来より正確に把握することができる。また求めた誤差を表示部又は他の機器に出力することにより、誤差を視覚的に認識することができる。従って軌跡上の問題箇所を特定したり、該問題の原因調査を行ったりする際に要する時間を短縮することができる。
【００１３】
実位置の誤差を求める際に用いる指令位置の範囲を、該実位置の時刻との時間差が所定の時間以内である指令位置に限定することにより、該実位置と比較すべきでない指令軌跡を排除でき、計算処理負担を軽減することができる。
【００１４】
誤差の大きさに応じて軌跡の表示色や線の太さを変更することや、誤差を所定倍率で拡大することにより、誤差をより容易に認識しやすくすることができる。
【００１５】
本発明に係る軌跡表示装置を工作機械に適用すれば、複雑な３次元軌跡を呈する工具先端部の実位置の誤差を簡易な処理で正確に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る軌跡表示装置を含むシステムの概略構成を示す図である。
【図２】制御対象物の実位置の誤差を求める手順の一例を示すフローチャートである。
【図３】制御対象物の指令位置及び実位置の表示例を示す図である。
【図４】１つの実位置から指令軌跡に対して複数の垂線が引ける場合を例示する図である。
【図５】１つの実位置から指令軌跡に対して垂線が引けない場合を例示する図である。
【図６】実位置の誤差を計算する際の指令位置の時間範囲を限定する例を示す図である。
【図７】誤差を拡大表示するための処理を説明する図である。
【図８】（ａ）実位置の誤差を拡大表示する前の表示例であり、（ｂ）拡大表示した後の表示例である。
【図９】誤差の大きい部分を、指令軌跡の太さ変更で表示した例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明に係る軌跡表示装置を含むシステム構成例を示す図である。図示しない工作機械の工具等の制御対象物１０は、図示しない駆動軸を介してサーボモータ等のモータ１２によって駆動され、モータ１２は数値制御装置（ＣＮＣ）１４によって制御される。数値制御装置１４は、各時刻において対象物１０が位置すべき指令位置を求める指令位置演算部１６と、指令位置演算部１６により求められた指令位置に基づいてモータ１２の動作を制御する駆動軸制御部１８とを有する。
【００１８】
本発明に係る軌跡表示装置２０は、制御対象物１０の実位置の３次元軌跡を表示するものであって、数値制御装置１４の指令位置演算部１６から離散的な時刻における指令位置データを取得する指令位置データ取得部２２と、駆動軸制御部１８から離散的な時刻における実位置データを取得する実位置データ取得部２４と、モニタ等の３次元軌跡表示部２６とを有する。３次元軌跡表示部２６は、上記指令位置データに基づく制御対象物１０の３次元の指令位置軌跡、及び実位置データに基づく制御対象物１０の３次元の実位置軌跡の少なくとも一方を表示することができる。なお指令位置軌跡とは指令位置を時系列で直線で結んでなる軌跡を意味し、実位置軌跡とは隣接する実位置を時系列で結んでなる軌跡を意味する。
【００１９】
軌跡表示装置２０はさらに、指令位置データ取得部２２が取得した各指令位置について、隣接する２点を結ぶ線分を指令線分として定義する指令線分定義部２８と、実位置データ取得部２４が取得した各時刻における実位置から上記指令線分の各々に至る垂線を定義し、該垂線のうち最も短い垂線の長さと、該実位置と該実位置に最も近い指令位置とを結ぶ線分の長さのうち、より長さの短いものを指令経路に対する各実位置の誤差として計算する誤差計算部３０とを有する。軌跡表示装置２０はさらに、上記誤差を表示するモニタ等の誤差表示部３２及び該誤差を他の表示機器等の外部機器へ出力する出力部３４の少なくとも一方を有する。なお上述の軌跡表示部２６が誤差表示部３２を兼ねてもよい。
【００２０】
図２は、本発明に係る軌跡表示装置において各実位置の誤差を求める手順の一例を示すフローチャートである。先ずステップＳ１において、適当な時間間隔で規定される各時刻における３次元の指令位置の情報を取得する。これにより、例えば図３に示すように、制御対象物の代表点が通過すべき指令位置Ｐn、Ｐn+1、Ｐn+2、... が得られる。
【００２１】
次にステップＳ２において、各時刻における３次元の実位置の情報を取得する。実位置は具体的には、位置フィードバックにより得られる。これにより、例えば図３に示すような、制御対象物の代表点が実際に通過した実位置Ｑm、Ｑm+1、... が得られる。
【００２２】
次のステップＳ３では、誤差を求めるべき実位置のうち時系列的に最初のものの時刻ｔ1を、第１開始時刻として設定する。そして次のステップＳ４では、上記実位置との誤差を求めるべき指令軌跡に含まれる指令位置のうち最初のものの時刻ｔ2を、第２開始時刻として設定する。
【００２３】
次のステップＳ５では、時刻ｔ2における指令位置と、時刻ｔ2＋Δｔ2における指令位置とを結ぶ線分を指令線分として設定する。図３の例では、時刻ｔ2における指令位置をＰn、時刻ｔ2＋Δｔ2における指令位置をＰn+1とし、両指令位置を結ぶ指令線分を線分３６として図示している。
【００２４】
次にステップＳ６において、時刻ｔ1における実位置から、設定された指令線分に至る垂線が存在するか否かを判定し、存在する場合はその垂線の長さを求める。図３の例では、実位置Ｑmから指令線分３６に向けて垂線３８を下ろすことが可能なので、垂線３８の長さｄ1が計算され、実位置Ｑmの誤差の候補として適当なメモリに記憶される。
【００２５】
次にステップＳ７において、時刻ｔ1における実位置Ｑmと時刻ｔ2における指令位置Ｐnとの間を結ぶ線分３７の長さを計算し、さらにステップＳ８において、実位置Ｑmと時刻ｔ2＋Δｔ2における指令位置Ｐn+1との間を結ぶ線分３９の長さを計算する。線分３７及び３９の長さは、実位置Ｑmの誤差の候補として適当なメモリに記憶される。
【００２６】
次のステップＳ９では、時刻ｔ2が所定の第２終了時刻に到達しているか否かを判定し、到達していない場合はステップＳ１０に進んで時刻ｔ2にｔ2＋Δｔ2を代入する。すなわち次にステップＳ５で行われる処理は、図３の例で言えば、指令位置Ｐn+1とＰn+2とを結ぶ指令線分４０を求める処理となる。なお第２終了時刻は通常、上記実位置との誤差を求めるべき指令軌跡に含まれる指令位置のうち最後のものに相当する時刻を設定する。
【００２７】
ステップＳ９において、時刻ｔ2が所定の第２終了時刻に到達したと判定された場合は、ステップＳ１１に進み、実位置Ｑmから指令線分に延びる垂線の長さ（後述する図４のように垂線が複数ある場合は最小の垂線長さ）と、ステップＳ７、Ｓ８で求めた実位置と指令位置とを結ぶ線分（図３の例では線分３７、３９）の長さのうち最小のものとのうち、長さがより短いものが、指令軌跡に対する実位置Ｑmの誤差として設定される。図３の例では、実位置Ｑmの誤差は垂線３８の長さｄ1となり、同様に実位置Ｑm+1の誤差は垂線４２の長さｄ2となる。
【００２８】
図４は、１つの実位置から指令軌跡（指令線分）に対して複数の垂線が引ける場合を説明する図である。図４に示すように、実位置によっては、複数の指令線分に対して垂線が引ける場合があり得る。そのような場合は、上述のように最も短い垂線の長さを、求めるべき誤差の候補とする。例えば図４の例では、実位置Ｑmから線分４４に対して引かれた垂線４６の長さｄ3の方が、実位置Ｑmから線分４８に対して引かれた垂線５０の長さｄ4より短いので、ｄ3が誤差の候補として記憶される。一方実位置Ｑmと指令位置Ｐn、Ｐn+1とを結ぶ線分４７、４９については線分４７の方が短いが、線分４７の長さより垂線４６の長さｄ3の方がさらに短いので、結局ｄ3が実位置Ｑmの誤差として設定される。
【００２９】
また図５に例示するように、実位置Ｑmから指令軌跡に対して垂線が１つも引けない場合があり得る。このような場合は、実位置Ｑmと、実位置Ｑmとの距離が最も短い指令位置とを結ぶ線分の長さを誤差とする。例えば図５の場合は、実位置Ｑmに最も近い指令位置はＰn+1であるので、実位置Ｑmと指令位置Ｐn+1とを結ぶ線分５１の長さｄ5が実位置Ｑmの誤差として設定される。
【００３０】
ステップＳ１２では、指令位置の時刻ｔ1が所定の第１終了時刻に到達しているか否かを判定し、到達していない場合はステップＳ１３に進んで時刻ｔ1にｔ1＋Δｔ1を代入する。すなわち次にステップＳ４以降で行われる処理は、図３の例で言えば、実位置Ｑm+1について指令軌跡との誤差を求める処理となる。従って第１終了時刻は通常、誤差を求めたい実位置のうち最も遅い時刻に基づいて決定される。
【００３１】
図６は、実位置の誤差を計算する際に、各実位置の時刻を基準とした時間範囲を設定して処理の軽減を図る例を示す図である。図６のように、複数の指令軌跡Ｌ1−Ｌ6が近接している場合、実位置Ｑmの誤差を求める対象とすべき指令軌跡（ここではＬ2とする）とは異なる軌跡との距離を計算してしまうことがある。これを回避するためには、実位置Ｑmと時間的に近い指令位置を含む指令線分を対象として誤差計算を行うことが有効である。具体的には、実位置Ｑmの時刻との時間差が所定の値以内である指令位置（ここではＰm-k−Ｐm+kとする）を抽出し、抽出された指令位置を含む指令線分（図６では点線で図示）のみを実位置Ｑmの誤差計算の対象とする。このようにすれば、実位置Ｑmと時刻が大きく異なるＬ2以外の指令軌跡は計算対象とされず、軌跡表示装置の処理負担も軽減される。
【００３２】
本発明では、実位置の誤差の大きい箇所を視覚的に認識しやすいようにすることができる。具体的には、図７に示すように、各実位置から指令軌跡に延びる垂線を、該実位置から指令軌跡の反対側に垂線方向に（すなわち向きを変えずに）所定の倍率で延長し、延長された垂線の端点を結んで実位置の軌跡として表示する。図７の例では、実位置Ｑmの誤差を表す垂線３８を例えば２倍に延長して実位置Ｑm′を得、さらに実位置Ｑm+1の誤差を表す垂線４２を例えば２倍に延長して実位置Ｑm+1′を得ている。このようにすれば、例えば実位置Ｑm及びＱm+1に基づく実位置軌跡５２が図８（ａ）のＡ部に示す程度に指令軌跡５４から乖離している場合、図８（ｂ）のＢ部に示すように、実位置Ｑm′及びＱm+1′に基づく実位置軌跡５６では実際よりも誤差が誇張されて示される。従って作業者は、誤差の大きい実位置をより容易に見出すことができる。なお図５のように垂線が存在しない場合でも同様に、実位置と最も近い指令位置とを結ぶ線分を所定倍率で実位置側に拡大すればよい。
【００３３】
実位置の誤差を強調する他の手段として、例えば図９に示すように、実位置又は実位置軌跡を表示せずに、誤差が大きい実位置（実位置軌跡）に対応する指令軌跡の太さを変更することも可能である。例えば図９のＣ部に示すように、図８のように実位置又は実位置軌跡を表示せず、対応する指令軌跡５４の一部５８を他の部分より太く表示することにより、作業者が誤差の大きい実位置を容易に見出すことができる。また指令軌跡の太さ変更の代わりに或いはそれに加えて、対応する指令軌跡の表示色を他の部分と異なるようにしてもよい。或いは、図８（ａ）又は（ｂ）のように実位置の軌跡を表示し、該軌跡の表示色及び太さの少なくとも一方を変更することも可能である。
【００３４】
本発明に係る軌跡表示装置は、制御対象が複雑な３次元軌跡を呈する場合、例えば上述の数値制御装置が、工作機械において回転軸を含む複数の駆動軸を制御し、工具及び加工物の位置を制御するものである場合に特に有利である。この場合、軌跡表示装置は、各駆動軸への指令及び実位置の情報から工具先端部の３次元座標値を計算し、工具先端部の指令位置とそれに対応する実位置の軌跡を求め、指令位置に対する実位置（実位置軌跡）の誤差を上述のように計算して表示又は出力することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１０    制御対象物
１２    モータ
１４    数値制御装置
２０    軌跡表示装置
２２    指令位置データ取得部
２４    実位置データ取得部
２６    ３次元軌跡表示部
２８    指令線分定義部
３０    誤差計算部
３２    誤差表示部
３４    出力部
【図１】
2011060016.tif 000003
【図２】
2011060016.tif 000004
【図３】
2011060016.tif 000005
【図４】
2011060016.tif 000006
【図５】
2011060016.tif 000007
【図６】
2011060016.tif 000008
【図７】
2011060016.tif 000009
【図８】
2011060016.tif 000010
【図９】
2011060016.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成22年12月7日(2010.12.7)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、数値制御装置により３次元の位置制御が行われる対象物の実位置の３次元軌跡を表示する軌跡表示装置において、離散的な時刻における指令位置データを取得する指令位置データ取得部と、離散的な時刻における実位置データを取得する実位置データ取得部と、前記離散的な時刻における指令位置の各点に対して、それぞれ隣り合う２点を結ぶ指令線分を定義する指令線分定義部と、各時刻における前記離散的な時刻における実位置から前記指令線分の各々に至る垂線のうち最小の垂線の長さと、該離散的な時刻における実位置と該実位置に最も近い指令位置を結ぶ線分の長さとのうち、より長さの短いものを指令経路に対する実位置の誤差として計算する誤差計算部と、前記誤差を表示する表示部及び外部へ出力する出力部の少なくとも一方と、を有することを特徴とする軌跡表示装置を提供する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
数値制御装置により３次元の位置制御が行われる対象物の実位置の３次元軌跡を表示する軌跡表示装置において、
離散的な時刻における指令位置データを取得する指令位置データ取得部と、
離散的な時刻における実位置データを取得する実位置データ取得部と、
前記離散的な時刻における指令位置の各点に対して、それぞれ隣り合う２点を結ぶ指令線分を定義する指令線分定義部と、
各時刻における前記離散的な時刻における実位置から前記指令線分の各々に至る垂線のうち最小の垂線の長さと、該離散的な時刻における実位置と該実位置に最も近い指令位置を結ぶ線分の長さとのうち、より長さの短いものを指令経路に対する実位置の誤差として計算する誤差計算部と、
前記誤差を表示する表示部及び外部へ出力する出力部の少なくとも一方と、
を有することを特徴とする軌跡表示装置。
【請求項２】
前記誤差計算部は、各実位置の時刻との時間差が所定の時間以内である指令位置を含む指令線分のみに対して、各実位置の誤差を計算することを特徴とする請求項１に記載の軌跡表示装置。
【請求項３】
前記指令位置の３次元軌跡を表示するとともに、各実位置における前記軌跡の表示として、前記誤差の計算の対象となる前記指令経路に対する実位置の誤差方向に所定の倍率にて前記誤差を拡大して表示することを特徴とする請求項１又は２に記載の軌跡表示装置。
【請求項４】
前記誤差表示部は、前記誤差の大きさに応じて、軌跡の表示色及び太さの少なくとも一方を変更することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の軌跡表示装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の軌跡表示装置を有し、数値制御装置を用いて回転軸を含む複数の駆動軸を制御し、工具及び加工物の位置を制御する工作機械において、
前記軌跡表示装置は、各駆動軸の指令及び実位置の情報から工具先端部の３次元座標値を計算し、前記工具先端部の指令位置及び実位置の軌跡を求め、前記指令位置に対する前記実位置の誤差を計算して該誤差を表示又は出力することを特徴とする工作機械。