(57)【要約】【課題】  人間の感覚に近くわかりやすい操作で、ワークまたは工具の位置と姿勢を変更出来る多軸工作機械の数値制御システムおよび数値制御方法を提供する。【解決手段】  移動指令発生装置１に操作者の操作力を検出し該操作力に応じた移動指令を発生させる操作力検出部２を備えるとともに、数値制御装置に前記移動指令発生装置からの移動指令を入力する移動指令検出処理部４と、前記移動指令と各軸の現在位置から各軸の指令トルクを作成する指令トルク生成処理部５と、該指令トルクをサーボドライブに伝えるトルク指令処理部７と、前記サーボドライブから位置フィードバックを入力し軸の現在位置を作成し前記指令トルク生成処理部に伝える現在位置検出処理部６とを備える。【選択図】図１
2005301886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作者からの操作により移動指令を発生させる移動指令発生装置と、
前記移動指令を入力し複数の軸を駆動する数値制御装置からなる数値制御システムにおいて、
前記移動指令発生装置に前記操作者の操作力を検出し該操作力に応じた前記移動指令を発生させる操作力検出部を備えるとともに、
前記数値制御装置に前記移動指令発生装置からの移動指令を入力する移動指令検出処理部と、
前記移動指令と各軸の現在位置から各軸の指令トルクを作成する指令トルク生成処理部と、
該指令トルクをサーボドライブに伝えるトルク指令処理部と、
前記サーボドライブから位置フィードバックを入力し軸の現在位置を作成し前記指令トルク生成処理部に伝える現在位置検出処理部とを備えることを特徴とする数値制御システム。
【請求項２】
前記操作力検出部はひずみゲージにより前記操作者の操作量を検出することを特徴とする請求項１に記載の数値制御システム。
【請求項３】
操作者からの操作により移動指令を発生させる移動指令発生装置と、
前記移動指令を入力し複数の軸を駆動する数値制御装置からなる数値制御システムの数値制御方法において、
前記操作者の操作により前記移動指令発生装置に前記移動指令を発生させるステップと、
移動指令検出処理部が前記移動指令を前記数値制御装置に入力するステップと、
指令トルク生成処理部が前記移動指令と現在位置から指令トルクを生成しトルク指令処理部に出力するステップと、
前記指令トルク処理部が前記指令トルクを各軸サーボドライブに出力するとともに、現在位置検出処理部が位置フィードバックを前記指令トルク生成処理部に出力するステップと、
前記サーボドライブが前記指令トルクにより各軸モータを駆動するとともに、前記位置フィードバックを前記現在位置処理部に出力するステップを備えることを特徴とする数値制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械を制御する数値制御システムおよび数値制御方法に関し、特に４軸以上の多軸の工作機械を手動で制御する数値制御システムおよび数値制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、４軸以上の多軸工作機械を制御する数値制御システムにおける手動移動指令の入力は、図８に示すハンドルパルス発生器を１個備え、図９に示す指令軸切換えスイッチにより、各軸の移動量及び移動速度を入力する方法がある。
図７は多軸工作機械とそれを制御する数値制御システムの構成の一例を示す図である。工作機械７０３は、ベッド７０４に搭載されて水平面内で直交するＸ、Ｙの２軸方向に移動可能なテーブル７０５を有し、このテーブル７０５上にＺ軸回りのＣ軸回転が可能なテーブル７０６を有し、更にテーブル７０６上に水平な軸回りのＡ軸回転可能な加工テーブル７０７を有し被加工ワーク７０８が取り付けられる。さらに、コラム７０９の上部に、Ｘ軸Ｙ軸に直交するＺ軸方向に移動可能な主軸頭７１０が取り付けられ、主軸頭７１０には工具７１１が装着される。さらに、テーブル７０５のＸ軸、Ｙ軸方向の移動、及び主軸頭７１０のＺ軸方向の移動、及び加工テーブル７０７のＡ軸、Ｃ軸回りの回転は、移動指令発生装置７０１からの入力に従い、数値制御装置７０２により制御される。
【０００３】
図６は、多軸工作機械を制御する従来の数値制御システムのブロック図である。移動指令発生装置６１は数値制御装置６４と接続されている。数値制御装置６４はサーボドライブ８を経由してＸ軸モータ９、Ｙ軸モータ１０、Ｚ軸モータ１１、Ａ軸モータ１２、Ｃ軸モータ１３を駆動する。
移動指令発生装置６１内にはハンドルパルス発生器６２と指令軸切換えスイッチ６３があり、ハンドルパルス発生器６２を回転させることにより移動指令発生装置６１はパルスを検出し、検出パルスとして数値制御装置６４内にある手動指令位置生成処理部６５に出力する。また軸指令切換えスイッチ６３の位置により得られる軸選択情報も手動指令位置生成処理部６５に出力する。手動指令位置生成処理部６５は検出パルスと選択軸情報、現在位置検出処理部６から得られる各軸の現在位置情報を基に各軸に出力する位置指令の増分値を演算し、位置指令処理部６６へ出力する。位置指令処理部６６は、入力した増分値を各軸のサーボドライブ８に位置指令として出力する。
【０００４】
また、ハンドルパルス発生器の代わりに図１０に示すＪＯＧ送りボタンおよび図１１に示す移動速度選択スイッチにより、各軸の移動量及び移動速度を入力する方法もある。ＪＯＧ送りボタンを押している間、移動速度選択スイッチで指定された速度で移動する。軸の選択は図９の指令軸切換えスイッチを使用するか、ＪＯＧ送りボタンを制御軸数分備えることにより行う。この場合、移動指令発生装置６１には、ハンドルパルス発生器６２に代わり、ＪＯＧ送りパルス発生処理部（図示せず）により、パルスを検出する他はハンドルパルス発生器による処理と同様である。
また、別の方式として、指令軸切り替えスイッチの代わりに、ハンドルパルス発生器を制御軸数分備え、これにより各軸の移動量及び移動速度を入力する方法もある。（例えば、特許文献１参照）
【特許文献１】特開平６−１２４１０９号公報（８頁、第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の方法で、多軸工作機械の工具やワークの位置と姿勢を変更する場合、３軸工作機械に比べて工具やワークの動きがつかみにくいため、思わぬ動きをしてワークや工具をぶつけるおそれがあるという問題がある。また、ハンドルパルス発生器を１個しか備えていない場合は複数の軸を同時に動かせないため、目標の位置と姿勢へ動作させるのに時間がかかるという問題がある。ＪＯＧ送りボタンを利用する方法やハンドルパルス発生器を制御軸数分備えている場合も、複数の軸を操作者の意図どおりに同時に動かすのは非常に難しいという問題がある。
そこで、本発明は、人間の感覚に近くわかりやすい操作で、ワークまたは工具の位置と姿勢を変更出来る多軸工作機械の数値制御システムおよび数値制御方法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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の数値制御システムは、操作者からの操作により移動指令を発生させる移動指令発生装置と、前記移動指令を入力し複数の軸を駆動する数値制御装置からなる数値制御システムにおいて、前記移動指令発生装置に前記操作者の操作力を検出し該操作力に応じた前記移動指令を発生させる操作力検出部を備えるとともに、前記数値制御装置に前記移動指令発生装置からの移動指令を入力する移動指令検出処理部と、前記移動指令と各軸の現在位置から各軸の指令トルクを作成する指令トルク生成処理部と、該指令トルクをサーボドライブに伝えるトルク指令処理部と、前記サーボドライブから位置フィードバックを入力し軸の現在位置を作成し前記指令トルク生成処理部に伝える現在位置検出処理部とを備えることを特徴としている。
また、前記操作力検出部はひずみゲージにより前記操作者の操作量を検出することを特徴としている。
【０００７】
また、本発明の数値制御方法は、操作者からの操作により移動指令を発生させる移動指令発生装置と、前記移動指令を入力し複数の軸を駆動する数値制御装置からなる数値制御システムの数値制御方法において、前記操作者の操作により前記移動指令発生装置に前記移動指令を発生させるステップと、移動指令検出処理部が前記移動指令を前記数値制御装置に入力するステップと、指令トルク生成処理部が前記移動指令と現在位置から指令トルクを生成しトルク指令処理部に出力するステップと、前記指令トルク処理部が前記指令トルクを各軸サーボドライブに出力するとともに、現在位置検出処理部が位置フィードバックを前記指令トルク生成処理部に出力するステップと、前記サーボドライブが前記指令トルクにより各軸モータを駆動するとともに、前記位置フィードバックを前記現在位置処理部に出力するステップを備えることを特徴としている。
このようになっているため、ワークまたは工具の動きを直感的に操作でき、かつ、ワークまたは工具を直接手で動かしてしているのに非常に近い感覚で操作できるのである。
また、複数の軸に対する手動移動指令が同時にかつ容易に行う事ができるため、目標の位置と姿勢を短時間で実現することができるのである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ワークまたは工具の動きを直感的に操作でき、かつ、ワークまたは工具を直接手で動かしてしているのに非常に近い感覚で操作できる。
また、複数の軸に対する手動移動指令が同時にかつ容易に行う事ができるため、目標の位置と姿勢を短時間で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の具体的実施例について、図に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は本発明の数値制御システムのブロック図である。移動指令発生装置１は数値制御装置３と接続されている。数値制御装置３はサーボドライブ８を経由してＸ軸モータ９、Ｙ軸モータ１０、Ｚ軸モータ１１、Ａ軸モータ１２、Ｃ軸モータ１３を駆動する。
移動指令発生装置１内には操作力検出部２があり、図２に示すような操作ロッドを操作者が動かすことにより、操作力に応じた変位量を検出する。移動指令発生装置１は検出した変位量を移動指令として数値制御装置１内にある移動指令検出処理部に出力する。移動指令検出処理部４は移動指令を入力し、指令トルク生成処理部５に受け渡す。指令トルク生成処理部５は、移動指令と現在位置検出処理部６から得られる各軸の現在位置情報を基に各軸に出力する指令トルクを演算し、トルク指令指令処理部７に出力する。トルク指令処理部７は、入力したトルク指令を各軸のサーボドライブ８に出力する。
【００１１】
図２はＡ軸、Ｃ軸の移動指令発生装置の一例を示す図で操作ロッドを備える。Ｃ軸を動かす場合は、操作者が操作ロッドにＣ軸を回すように、水道の蛇口をひねるような方向に操作力を加える。Ａ軸を動かす場合は、Ａ軸を傾ける方向に向けて操作ロッドを傾ける様にして操作力を加える。この操作力は、ひずみゲージや圧電素子などを用いて検出し、ねじり力、Ｘ軸、Ｙ軸方向の曲げ力を検出し、その値を基に移動指令を作成する。この時、Ｃ軸移動指令はねじり力にある定数を乗じて作成する。Ａ軸移動指令は、Ｃ軸現在位置よりＡ軸の傾斜可能方向を求め、Ｘ軸、Ｙ軸方向の曲げ力よりＡ軸の傾斜可能方向に対する曲げ力を計算する。Ａ軸移動指令は、この傾斜可能方向曲げ力に定数を乗じて作成する。また、この定数は数値制御システムのパラメータとして変更可能としても良い。
【００１２】
図３はひずみゲージを用いた操作力検出部の一例を示す図である。操作ロッド３１の中心からＸ軸方向に向かった操作ロッド３１の側面にひずみゲージ３２をＺ軸方向に接着する。同様に、操作ロッド３１の中心からＹ軸方向に向かった操作ロッド３１の側面にひずみゲージ３３をＺ軸方向に接着する。また、操作ロッド３１の側面にＺ軸方向に±４５度傾けてひずみゲージ３４、３５を接着する。以上の様にひずみゲージを接着する事により、操作者が操作ロッドに加えたＸ軸方向の曲げ力をひずみゲージ３２、同様にＹ軸方向の曲げ力をひずみゲージ３３にて検出する事が出来る。また、操作者が操作ロッドに加えたねじり力はひずみゲージ３４、３５にて検出する事が出来る。
【００１３】
図４は本発明の数値制御システムの数値制御方法を示すフローチャートである。この処理は以下のステップを実行する。
１）操作者の操作により移動指令発生装置に移動指令を発生させる。（Ｓ１）
２）移動指令検出処理部が移動指令を数値制御装置に入力する。（Ｓ２）
３）指令トルク生成処理部が移動指令と現在位置から指令トルクを生成しトルク指令処理部に出力する。（Ｓ３）
４）トルク指令処理部が指令トルクを各軸サーボドライブに出力するとともに、現在位置検出処理部が位置フィードバックを指令トルク生成処理部に出力する。（Ｓ４）
５）サーボドライブが指令トルクにより各軸モータを駆動するとともに、位置フィードバックを現在位置処理部に出力する。（Ｓ５）
【００１４】
なお、上記例ではＡ軸とＣ軸の場合を説明したが、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の移動指令入力も、図５に示すようなＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の移動指令発生装置を使用し、操作ロッドに加わるＸ軸、Ｙ軸方向の曲げ力と、Ｚ軸方向の圧縮力を検出する事でＡ軸、Ｃ軸の処理と同様にして実現できる。図５の例でＺ軸は操作ロッドを下に圧縮する方向に操作することによりマイナス方向の移動指令、上に引き伸ばす方向に操作することによりプラス方向の移動指令を得ることができる。
【００１５】
本発明が従来技術と異なる点は、手動の移動量を操作ロッドの操作量で検出し、それをトルク指令に変換し各軸を駆動する点である。このため、ワークまたは工具の動きを直感的に操作でき、かつ、ワークまたは工具を直接手で動かしてしているのに非常に近い感覚で操作できる。
また、複数の軸に対する手動移動指令が同時にかつ容易に行う事ができるため、目標の位置と姿勢を短時間で実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
本発明によれば、対象物の位置および姿勢を容易にまたわかりやすく操作することができるので、ロボット、医療器具などの用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の数値制御システムのブロック図
【図２】本発明のＡ軸およびＣ軸の移動指令発生装置の一例を示す図
【図３】本発明のひずみケージを用いた操作力検出部の一例を示す図
【図４】本発明の数値制御システムの数値制御方法を示すフローチャート
【図５】本発明のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の移動指令発生装置の一例を示す図
【図６】従来の数値制御システムのブロック図
【図７】従来の多軸工作機械とそれを制御する数値制御システムの構成の一例を示す図
【図８】従来のハンドルパルス発生器の図
【図９】従来の指令軸切換えスイッチの図
【図１０】従来のＪＯＧ送りボタンの図
【図１１】従来の移動速度選択スイッチの図
【符号の説明】
【００１８】
１、６１、７０１  移動指令発生装置
２  操作力検出部
３、６４、７０２  数値制御装置
４  移動指令検出処理部
５  指令トルク生成処理部
６  現在位置検出処理部
７  トルク指令処理部
８  サーボドライブ
９  Ｘ軸モータ
１０  Ｙ軸モータ
１１  Ｚ軸モータ
１２  Ａ軸モータ
１３  Ｃ軸モータ
２１、３１、５１  操作ロッド
３２、３３、３４、３５  ひずみゲージ
６２  ハンドルパルス発生器
６３  軸指令切換えスイッチ
６５  手動指令位置生成処理部
６６  位置指令処理部
７０３  工作機械
７０４  ベッド
７０５、７０６  テーブル
７０７  加工テーブル
７０８  被加工ワーク
７０９  コラム
７１０  主軸頭
７１１  工具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005301886.tif 000009
【図８】
2005301886.tif 000010
【図９】
2005301886.tif 000011
【図１０】
2005301886.tif 000012
【図１１】
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