(57)【要約】【課題】工作機械の切削加工作業が訓練できるコンピュータ数値制御工作機械に適用する操作訓練シミュレーション装置を提供する。【解決手段】実体制御装置１５０、ソフトウェアシミュレータ１６０、伝送装置及びシミュレーション表示装置１７０を備える。実体制御装置１５０は、工作機械の動作コマンドを入力するための指令操作パネルを含む制御パネル１１０を有する。ソフトウェアシミュレータ１６０は、実体制御装置１５０に接続され、指令操作パネルで入力された動作コマンドを基に動作シミュレーションを生成する。伝送装置は、実体制御装置１５０及びソフトウェアシミュレータ１６０に接続される。シミュレーション表示装置１７０は、ソフトウェアシミュレータ１６０に接続され、ソフトウェアシミュレータ１６０により生成された動作シミュレーションを表示する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
実体制御装置、ソフトウェアシミュレータ、伝送装置及びシミュレーション表示装置を備えたコンピュータ数値制御工作機械に適用する操作訓練シミュレーション装置であって、
前記実体制御装置は、工作機械の動作コマンドを入力するための指令操作パネルを含む制御パネルを有し、
前記ソフトウェアシミュレータは、前記実体制御装置に接続され、前記指令操作パネルで入力された前記動作コマンドを基に動作シミュレーションを生成し、
前記伝送装置は、前記実体制御装置及び前記ソフトウェアシミュレータに接続され、
前記シミュレーション表示装置は、前記ソフトウェアシミュレータに接続され、前記ソフトウェアシミュレータにより生成された前記動作シミュレーションを表示することを特徴とするコンピュータ数値制御工作機械に適用する操作訓練シミュレーション装置。
【請求項２】
前記指令操作パネルは、前記動作コマンドを入力するための複数のスイッチ、指示ランプ、キー又は調整つまみを含むことを特徴とする請求項１に記載のコンピュータ数値制御工作機械に適用する操作訓練シミュレーション装置。
【請求項３】
前記制御パネルは、パネル表示装置をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のコンピュータ数値制御工作機械に適用する操作訓練シミュレーション装置。
【請求項４】
前記伝送装置は有線伝送装置であることを特徴とする請求項１に記載のコンピュータ数値制御工作機械に適用する操作訓練シミュレーション装置。
【請求項５】
前記伝送装置は無線伝送装置であることを特徴とする請求項１に記載のコンピュータ数値制御工作機械に適用する操作訓練シミュレーション装置。
【請求項６】
前記シミュレーション表示装置は液晶表示装置であることを特徴とする請求項１に記載のコンピュータ数値制御工作機械に適用する操作訓練シミュレーション装置。
【請求項７】
前記シミュレーション表示装置はプラズマ表示装置であることを特徴とする請求項１に記載のコンピュータ数値制御工作機械に適用する操作訓練シミュレーション装置。
【請求項８】
前記シミュレーション表示装置は３Ｄ表示装置であることを特徴とする請求項１に記載のコンピュータ数値制御工作機械に適用する操作訓練シミュレーション装置。
【請求項９】
前記３Ｄ表示装置はレーザー投光器であることを特徴とする請求項８に記載のコンピュータ数値制御工作機械に適用する操作訓練シミュレーション装置。
【請求項１０】
前記実体制御装置は、前記指令操作パネル及び前記パネル表示装置を有するシェルをさらに含むことを特徴とする請求項３に記載のコンピュータ数値制御工作機械に適用する操作訓練シミュレーション装置。
【請求項１１】
前記実体制御装置は、前記シェルが有する挿入口に接続されたキーボードをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載のコンピュータ数値制御工作機械に適用する操作訓練シミュレーション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械の操作訓練シミュレーション装置に関し、特にコンピュータ数値制御工作機械に適用する操作訓練シミュレーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械の部品は加工が複雑であるため、情報技術の発達に伴い、ＣＡＤ（computer aided design）やＣＡＭ（computer aided manufacturing）などといった多くのソフトウェアが開発されている。ＣＡＤやＣＡＭのソフトウェアには、例えば、Ｐｒｏ／Ｅ、Ｉ−ＤＥＡＳ（登録商標）、Ｇｉｂｂｓ（登録商標）ＣＡＭなどといったＣＡＤやＣＡＭの製作加工シミュレーションソフトウェアがある。加工シミュレーションソフトウェアは、加工工程を予めシミュレートすることができ、材料や構造の加工操作のシミュレーションを予め行うことにより、失敗の発生を防いだり品質の改善を行ったりすることができる。そして、加工シミュレーションソフトウェアは、実際の加工作業でエラーの発生を防ぎ、テーブル及びワークの損壊を防ぐことができるため、製造業に広く利用されていた。
【０００３】
現在、加工シミュレーションソフトウェアの機能は完全かつ強力であるが、プログラムコマンドは複雑であった。そのため、オペレータは、予めソフトウェアの操作に習熟しなければ、シミュレーション加工を行うことができなかった。現在、加工シミュレーションソフトウェアは、製品設計の初期段階において材料及び構造分析に利用されることが多かった。しかし、加工シミュレーションソフトウェアは、操作が複雑である上、ＣＮＣ（computer numerical control）のプログラムコードが主に用いられていたため、加工シミュレーションソフトウェアのコストが非常に高かった。そのため、従来の加工シミュレーションソフトウェアを使用すると、訓練時間及び人事コストが増大し、現場でＣＮＣ工作機械を操作する第一線のオペレータの訓練に使用することは不適当であった。
【０００４】
加工シミュレーションソフトウェアを用いて訓練すると、操作の訓練で発生する危険及びコストを低減させることができる上、加工カッター及びワークを使用して操作を実際に練習する必要がないため、学習者にとって安全であった。
【０００５】
一般の加工シミュレーションソフトウェアを使用して訓練する方式は、実際の操作により装置が損壊する危険やコストの発生（例えば、加工用の材料や操作ミスにより発生する装置の損壊など）を防ぐことができた。しかし、シミュレーション加工ソフトウェアは、グラフィックインタフェースで操作するため、学習者（例えば、新人社員又は学生）は、ＣＮＣ工作機械の操作インタフェースに実際に触る機会がなかった。そのため、操作エラーを減らすために、実際の加工作業前に、本物のＣＮＣ工作機械の制御パネルを操作し、実際に操作方法を学習することのできる実習教育を別に設け、操作インタフェースに習熟させる必要があった。しかし、実習教育を行った場合、訓練時間が長くなるだけでなく、訓練コストも増大した。その上、教育訓練学校（例えば、専門学校又は職業訓練学校）の予算には限りがあるため、一台のＣＮＣ工作機械を多人数の学生が交代で使用して、コストを抑えることが一般的であった。そのため、この方式では、ＣＮＣ工作機械の操作に習熟することができても、一台を多人数で使用するため、習熟度には限界があった。
【０００６】
もう一つの訓練方法としては、テーブルから工作機械の制御ボックスを取外し、実際の操作感覚を学ぶ方法がある。しかし、この方法は、実際に加工条件コマンドを制御ボックスに入力することができるが、テーブルでは何の加工作業も行われないため、臨場感に欠けて学習効果が良好でなかった。
【０００７】
もう一つの訓練方法としては、仕事をしながら学ぶＯＪＴ（on-the-job training）方式がある。この方法は、ＣＮＣ工作機械の訓練時間を短縮するために、仕事をしながら訓練を行う方式である。しかしながら、このＯＪＴ方式は、新人オペレータが短時間でＣＮＣ工作機械の操作に習熟して実践的な加工作業能力を身に付けることができるが、危険が発生し易く、コストが非常に高かった。
【０００８】
また、訓練時間を短縮すると、学習者の訓練で使用する加工材料にかかるコスト（カッターの摩損、ワークの損耗など）の他に、学習者の操作ミスによる装置の損壊（例えば、装置及びカッターの損壊）が発生する危険や、学習者の習熟不足から危険が発生する可能性があった。
【０００９】
従って、学習者（例えば、新人オペレータ又は学生）が安全に操作し、ＣＮＣ工作機械の操作インタフェースに迅速に習熟することのできる工作機械の操作訓練シミュレーション装置が求められていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の第１の目的は、実体制御装置及びソフトウェアシミュレータを用いることにより、学習者が本物に近い操作インタフェースにより、工作機械の切削加工作業を訓練することができるコンピュータ数値制御工作機械に適用する操作訓練シミュレーション装置を提供することにある。
本発明の第２の目的は、学習者が複雑なソフトウェアプログラムのコマンドを記憶せずに、実体制御装置を操作して工作機械をシミュレートして制御するコンピュータ数値制御工作機械に適用する操作訓練シミュレーション装置を提供することにある。
本発明の第３の目的は、学習者が実体制御装置を直接操作してシミュレーション加工の作業を行うことにより、加工工程におけるテーブルと加工コマンドとの関係を容易に理解し、ＣＮＣ工作機械の熟練度を高めるコンピュータ数値制御工作機械に適用する操作訓練シミュレーション装置を提供することにある。
本発明の第４の目的は、訓練コストを節減し、作業に伴って発生する危険を減らすコンピュータ数値制御工作機械に適用する操作訓練シミュレーション装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）  実体制御装置、ソフトウェアシミュレータ、伝送装置及びシミュレーション表示装置を備えたコンピュータ数値制御工作機械に適用する操作訓練シミュレーション装置であって、前記実体制御装置は、工作機械の動作コマンドを入力するための指令操作パネルを含む制御パネルを有し、前記ソフトウェアシミュレータは、前記実体制御装置に接続され、前記指令操作パネルで入力された前記動作コマンドを基に動作シミュレーションを生成し、前記伝送装置は、前記実体制御装置及び前記ソフトウェアシミュレータに接続され、前記シミュレーション表示装置は、前記ソフトウェアシミュレータに接続され、前記ソフトウェアシミュレータにより生成された前記動作シミュレーションを表示することを特徴とするコンピュータ数値制御工作機械に適用する操作訓練シミュレーション装置。
【００１２】
（２）  前記指令操作パネルは、前記動作コマンドを入力するための複数のスイッチ、指示ランプ、キー又は調整つまみを含むことを特徴とする（１）に記載のコンピュータ数値制御工作機械に適用する操作訓練シミュレーション装置。
【００１３】
（３）  前記制御パネルは、パネル表示装置をさらに含むことを特徴とする（２）に記載のコンピュータ数値制御工作機械に適用する操作訓練シミュレーション装置。
【００１４】
（４）  前記伝送装置は有線伝送装置であることを特徴とする（１）に記載のコンピュータ数値制御工作機械に適用する操作訓練シミュレーション装置。
【００１５】
（５）  前記伝送装置は無線伝送装置であることを特徴とする（１）に記載のコンピュータ数値制御工作機械に適用する操作訓練シミュレーション装置。
【００１６】
（６）  前記シミュレーション表示装置は液晶表示装置であることを特徴とする（１）に記載のコンピュータ数値制御工作機械に適用する操作訓練シミュレーション装置。
【００１７】
（７）  前記シミュレーション表示装置はプラズマ表示装置であることを特徴とする（１）に記載のコンピュータ数値制御工作機械に適用する操作訓練シミュレーション装置。
【００１８】
（８）  前記シミュレーション表示装置は３Ｄ表示装置であることを特徴とする（１）に記載のコンピュータ数値制御工作機械に適用する操作訓練シミュレーション装置。
【００１９】
（９）  前記３Ｄ表示装置はレーザー投光器であることを特徴とする（８）に記載のコンピュータ数値制御工作機械に適用する操作訓練シミュレーション装置。
【００２０】
（１０）  前記実体制御装置は、前記指令操作パネル及び前記パネル表示装置を有するシェルをさらに含むことを特徴とする（３）に記載のコンピュータ数値制御工作機械に適用する操作訓練シミュレーション装置。
【００２１】
（１１）  前記実体制御装置は、前記シェルが有する挿入口に接続されたキーボードをさらに含むことを特徴とする（１０）に記載のコンピュータ数値制御工作機械に適用する操作訓練シミュレーション装置。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は以下の長所を有する。
（１）実体制御装置をシミュレーション加工の操作インタフェースとして用いるため、ＣＮＣ工作機械を実際に操作するときに、操作インタフェースに容易に適応することができる。
【００２３】
（２）実体制御装置に組み合わされたシミュレーション表示装置により、シミュレーション加工を行うときに、加工時間、刃物送り状態、切削状態などといった実際の加工状態をシミュレートして表示することができる。さらに学習者は、通常はよく見ることのできない細部の箇所を、加工時に拡大して観察することができるため、ＣＮＣ工作機械の加工状態を詳細に観察することができる。そのため、後日、ＣＮＣ工作機械を実際に操作する際、適応が容易となる。
【００２４】
（３）実体制御装置は、ＣＮＣ工作機械の加工をシミュレーション操作することができるため、加工工程をシミュレートするために、複雑なシミュレーション加工ソフトウェアのコマンドを覚える必要がない。そのため、実際にＣＮＣ工作機械を使用する前に行う実習期間を短縮することができる。
【００２５】
（４）製造業における新人社員の訓練や教育分野における学生の教育において、工作機械の操作を効果的に学習することができる。
【００２６】
（５）装置のコストや訓練で使用する消耗材のコストを減らすことができるため、新人社員の訓練や学生の教育に用いることができる。
【００２７】
（６）学習者の操作ミスによる装置の損壊を防いだり、習熟度不足から発生する作業に伴う危険を最小に抑えたりすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図２を参照する。図１は、本発明の好適な一実施形態によるシステムを示すブロック図である。図２は、本発明の好適な一実施形態による使用状態を示す模式図である。操作訓練シミュレーション装置１００は、ＣＮＣ工作機械のシミュレーション訓練に用いることができる。操作訓練シミュレーション装置１００は、実体制御装置（physical control device）１５０、伝送装置１２０、ソフトウェアシミュレータ１６０及びシミュレーション表示装置１７０を含む。
【００２９】
実体制御装置１５０は、制御パネル１１０及びパネル表示装置１１７を含む。また、この実体制御装置１５０は、操作インタフェースを有する。この操作インタフェースは、実際の工作機械の制御インタフェースと同じであるため、実体制御装置１５０の操作訓練をリアルで実際に近い感覚で行うことができる。
【００３０】
制御パネル１１０は、指令操作パネルを含んでもよい。この指令操作パネルは、各種操作モードの切換え、様々な切削加工条件の制御、プログラム実行の制御などを行い、かつ、工作機械の操作に必要なボタン、スイッチ、制御コードの入力及び編集に使用する操作インタフェースなどを有し、工作機械の動作コマンドの操作コード（operation code）又は動作コマンド（例えば、ＮＣ（numerical control）コード）を入力して、シミュレーションする工作機械の動作条件を設定／制御する。
【００３１】
図２を参照する。図２に示すように、指令操作パネルは、プログラム選択装置１１１、操作モード選択装置１１２、刃物送り調整装置１１３、カッター選択装置１１４、カッター移動装置１１５及び数値制御（numerical control：ＮＣ）コード入力装置１１６を含む。
【００３２】
プログラム選択装置１１１は、ＣＮＣ工作機械の状態をシミュレートする加工実行プログラムを選択し、可能実行プログラムの状態（例えば、保護状態（編集不能なＮＣコードの状態）又は編集状態（編集可能なＮＣコードの状態））を選択することができる。操作モード選択装置１１２は、例えば、動作コマンドを分割して入力するマニュアル操作モード（分割シミュレーション加工）か全ての動作コマンドを一括で入力する自動操作モード（連続シミュレーション加工）である。
【００３３】
刃物送り調整装置１１３は、シミュレートする工作機械のカッターの切削速度を選択するために用いる。カッター選択装置１１４は、シミュレートする加工で使用されるカッターの種類（回転カッター、フライスカッター、ドリルカッターなど）を選択するために用いる。カッター移動装置１１５は、シミュレートするＣＮＣ工作機械のカッターを移動させるために用いる。数値制御コード入力装置１１６は、ＮＣコードを入力し、シミュレートするＣＮＣ工作機械のカッター動作をシミュレート制御するために用いる。
【００３４】
パネル表示装置１１７は、入力されたＮＣコードを表示する表示装置である。また、パネル表示装置１１７は、制御パネル１１０と共に配置され、入力された数字コード、加工パラメータ、加工条件などを表示することができる。
【００３５】
シミュレーション表示装置１７０は、コンピュータ１３０のスクリーンを使用するとともに、伝送装置１２０により実体制御装置１５０とコンピュータ１３０とを接続し、実体制御装置１５０の制御信号をコンピュータ１３０へ伝送することができる。伝送装置１２０は、ＲＳ−２３２、ＲＳ−４２２、ＲＳ−４８５などのケーブルや、イーサネット（登録商標）などのローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）といった有線伝送装置でもよいし、或いは無線伝送装置でもよい。
【００３６】
ソフトウェアシミュレータ１６０は、指令操作パネルで入力された動作コマンドを基に、コンピュータ１３０を作動させる。ソフトウェアシミュレータ１６０は、指令操作パネルで入力された動作コマンドを基に、それに対応した動作シミュレーションをリアルタイムで実行し、シミュレーション表示装置１７０で表示する。例えば、学習者が指令操作パネルで刃物送りのコマンドを入力すると、ソフトウェアシミュレータ１６０は、刃物送りのコマンドに応答して直ちに刃物送りの動作をシミュレートする。そのため、学習者は、指令操作パネルを用いてリアルで実際に近い感覚で学習することができるとともに、シミュレーション表示装置１７０に表示された動作状態を見ながら、加工パラメータを直ちに修正することができる。そのため、学習者は練習環境における潜在的な危険を避けることができるとともに、消耗品にかかるコストを低減することができる。
【００３７】
図３及び図４を参照する。図３は、本発明のもう一つの実施形態による実体制御装置を示す模式図である。図４は、図３の実体制御装置の指令操作パネルのもう一つの実施形態を示す模式図である。図３及び図４に示すように、図２の制御パネル１１０上に設けられたキー、スイッチ、調整つまみ、指示ランプなどの入力インタフェースの配置は、シミュレートする加工装置の制御パネルの実際の配置に応じて変えることができる。例えば、シミュレートする加工装置が旋盤であるときは、制御パネル１１０のインタフェースの配置を実際の旋盤の制御インタフェースと同じ配置にする。そして、シミュレートする加工機械がフライス盤であるときは、制御パネル１１０のインタフェースの配置を実際のフライス盤の制御インタフェースと同じ配置にする。言い換えると、図２に示す入力インタフェース装置１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６は、必要に応じて配置を変えることができる。つまり、本実施形態で示した制御パネル１１０のインタフェースの配置は、説明の利便性のために示した単なる一例であり、本実施形態の配置のみに限定されるわけではない。
【００３８】
図５を参照する。図５は、本発明のもう一つの実施形態による実体制御装置の使用状態を示す斜視図である。図５に示すように、実体制御装置１５０ｂは、シェル１４０及びキーボード１４２を含む。実体制御装置１５０ｂは、図２に示す数値制御コード入力装置１１６がキーボード１４２により代替されている。キーボード１４２は、挿入口１４１によりシェル１４０と接続されている。
【００３９】
図６を参照する。図６は、本発明の一実施形態による使用状態を示す模式図である。図６に示すように、操作訓練シミュレーション装置１００は、工作機械７００に装着され、実体制御装置１５０は、工作機械７００の適当な位置に設けられたソフトウェアシミュレータ１６０を含む。シミュレーション表示装置１７０は、大型の液晶表示装置、プラズマ表示装置又は３Ｄ表示装置でもよい。
【００４０】
シミュレーション表示装置１７０は、工作機械７００の加工位置に配置されている（工作機械７００のカッター及びその関連装置は全て取り外されている）。学習者が実体制御装置１５０により操作を練習するときは、動態シミュレーションがシミュレーション表示装置１７０によりリアルタイムで表示されるため、リアル感がさらに増す。レーザー投光器などの３Ｄ表示装置を使用するときは、３Ｄ空間のレーザー投影により、テーブルのシミュレート動作が工作機械７００の加工位置に投射されるため、立体かつリアルな感覚を得ることができる。
【００４１】
上述したことから分かるように、学習者が工作機械を操作するとき、本実施形態の実体制御装置１５０は、ソフトウェアシミュレータ１６０により工作機械のテーブル及びカッターの動作状態をシミュレートし、加工時間、刃物送り状態、切削状態などといった実際の加工状態をシミュレートして表示することができる。さらに学習者は、通常はよく見ることのできない細部を、加工時にシミュレーション表示装置１７０により拡大して観察することができるため、ＣＮＣ工作機械の操作状態を実際に近い感覚で体験することができる。このように、学習者は、ＣＮＣ工作機械の加工を直接リアルに、或いは観察及び検視を繰り返すことにより、操作の熟練度を向上させ、ＣＮＣ工作機械の操作に習熟することができる。そのため、後日、ＣＮＣ工作機械を実際に操作するとき、迅速に適応することができる。
【００４２】
本発明の操作訓練シミュレーション装置は、安全で経済的な上、使用に便利な訓練装置である。学習者は、実体制御装置を直接かつ実際に操作することができるとともに、シミュレートする加工動作をシミュレーション表示装置によりリアルタイムで観察することができる。従って、操作訓練シミュレーション装置は、オペレータがテーブルを実際に操作するときに、経験不足やコマンドの間違いにより発生する誤作動を減らすことができるとともに、誤作動による危険の発生を減らすことができる。また、操作訓練シミュレーション装置は、操作訓練に使用しても材料を消耗することがない（例えば、カッターの磨耗、練習ワークの損耗）。従って、学習者が繰り返して練習しても、材料の消耗によるコストがかからない上、訓練時間を短縮することができる。
【００４３】
本発明の操作訓練シミュレーション装置は、安全な訓練環境を提供することができる上に、材料にかかる消耗コストを減らし、さらには学習効果を高めることができる。また、工作機械の動作が分からないときは、反復練習を行ったりシミュレーション動作を観察したりすることができるため、工作機械を実際に操作する前に工作機械の動作を理解することができる。そのため、新人オペレータや学生の操作ミスにより装置が損壊したり、習熟度不足から発生する危険を最小に抑えたりすることができる。
【００４４】
当該分野の技術を熟知するものが理解できるように、本発明の好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではない。本発明の主旨と範囲を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本出願による特許請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の好適な一実施形態によるシステムを示すブロック図である。
【図２】本発明の好適な一実施形態による使用状態を示す模式図である。
【図３】本発明のもう一つの実施形態による実体制御装置を示す模式図である。
【図４】図３の実体制御装置の指令操作パネルのもう一つの実施形態を示す模式図である。
【図５】本発明のもう一つの実施形態による実体制御装置の使用状態を示す斜視図である。
【図６】本発明の一実施形態による使用状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４６】
１００…操作訓練シミュレーション装置
１１０…制御パネル
１１０ｂ…制御パネル
１１１…プログラム選択装置
１１２…操作モード選択装置
１１３…刃物送り調整装置
１１４…カッター選択装置
１１５…カッター移動装置
１１６…数値制御コード入力装置
１１７…パネル表示装置
１２０…伝送装置
１３０…コンピュータ
１４０…シェル
１４１…挿入口
１４２…キーボード
１５０…実体制御装置
１５０ｂ…実体制御装置
１６０…ソフトウェアシミュレータ
１７０…シミュレーション表示装置
７００…工作機械
【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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