(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6250894
(24)【登録日】2017年12月1日
(45)【発行日】2017年12月20日
(54)【発明の名称】スキップ信号やキー操作が不要な座標値の取得機能を有する数値制御装置
(51)【国際特許分類】
G05B 19/42 20060101AFI20171211BHJP
B23Q 15/00 20060101ALI20171211BHJP
【FI】
G05B19/42 D
B23Q15/00 309A
【請求項の数】8
【全頁数】11
(21)【出願番号】特願2015-87836(P2015-87836)
(22)【出願日】2015年4月22日
(65)【公開番号】特開2016-206945(P2016-206945A)
(43)【公開日】2016年12月8日
【審査請求日】2016年7月15日
(73)【特許権者】
【識別番号】390008235
【氏名又は名称】ファナック株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001151
【氏名又は名称】あいわ特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】川嶋 雄介
【審査官】
貞光 大樹
(56)【参考文献】
【文献】
特開平2−64714(JP,A)
【文献】
特開2001−51712(JP,A)
【文献】
特開昭61−26110(JP,A)
【文献】
特開2000−198046(JP,A)
【文献】
米国特許出願公開第2015/0012120(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G05B 19/18 − 19/416
G05B 19/42 − 19/46
B23Q 15/00 − 15/28
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
手動操作により制御された可動軸の位置に基づいて測定対象物の座標値を測定する工作機械を制御する数値制御装置において、
前記可動軸の座標値を取得する座標値取得部と、
所定の基準時点からの経過単位時間を計時する計時部と、
前記可動軸の座標値と、該座標値を取得した経過単位時間とを関連付けて成る履歴情報を複数記憶する履歴記憶部と、
前記座標値取得部が取得した前記可動軸の座標値と、前記計時部が計時した経過単位時間とに基づいて履歴情報を生成し、前記履歴記憶部に記録する履歴記録部と、
前記履歴記憶部に記録された前記履歴情報に基づいて、前記可動軸の位置調整が終了したタイミングを解析する移動履歴解析部と、
前記移動履歴解析部が解析したタイミングにおける前記可動軸の座標値を設定する座標値設定部と、
を備えたことを特徴とする数値制御装置。
【請求項2】
前記移動履歴解析部は、前記可動軸の移動が第1の時間だけ停止した時点を前記可動軸の位置調整が終了したタイミングとする、
ことを特徴とする請求項1に記載の数値制御装置。
【請求項3】
前記移動履歴解析部は、前記可動軸が第1の速度以下で移動した後に第2の時間だけ停止した時点を前記可動軸の位置調整が終了したタイミングとする、
ことを特徴とする請求項1に記載の数値制御装置。
【請求項4】
前記移動履歴解析部は、前記可動軸の移動方向が変化した後に前記可動軸が第2の速度以上で、第1の距離以上移動した場合に、前記可動軸の移動方向が変化した時点を前記可動軸の位置調整が終了したタイミングとする、
ことを特徴とする請求項1に記載の数値制御装置。
【請求項5】
ハンドル操作により制御された可動軸の位置に基づいて測定対象物の座標値を測定する工作機械を制御する数値制御装置において、
ハンドルの回転方向と速度に係る情報を含むハンドル情報を取得するハンドル情報取得部と、
前記可動軸の座標値を取得する座標値取得部と、
所定の基準時点からの経過単位時間を計時する計時部と、
前記ハンドル情報と、前記可動軸の座標値と、該ハンドル情報と該座標値を取得した経過単位時間とを関連付けて成る履歴情報を複数記憶する履歴記憶部と、
前記座標値取得部が取得した前記可動軸の座標値と、前記計時部が計時した経過単位時間とに基づいて履歴情報を生成し、前記履歴記憶部に記録する履歴記録部と、
前記履歴記憶部に記録された前記履歴情報に基づいて、前記可動軸の位置調整が終了したタイミングを解析する移動履歴解析部と、
前記移動履歴解析部が解析したタイミングにおける前記可動軸の座標値を設定する座標値設定部と、
を備えたことを特徴とする数値制御装置。
【請求項6】
前記移動履歴解析部は、前記ハンドルの回転が第1の時間だけ停止した時点を前記可動軸の位置調整が終了したタイミングとする、
ことを特徴とする請求項5に記載の数値制御装置。
【請求項7】
前記移動履歴解析部は、前記ハンドルの回転が第3の速度以下で回転した後に第2の時間だけ停止した時点を前記可動軸の位置調整が終了したタイミングとする、
ことを特徴とする請求項5に記載の数値制御装置。
【請求項8】
前記移動履歴解析部は、前記ハンドルの回転方向が変化した後に前記ハンドルが第4の速度以上で、第3の時間以上回転した場合に、前記ハンドルの回転方向が変化した時点を前記可動軸の位置調整が終了したタイミングとする、
ことを特徴とする請求項5に記載の数値制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、数値制御装置に関し、測定対象物の座標を取得する際にスキップ信号やキー操作を不要とすることが可能な数値制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
工作機械を制御してワークを加工する際に、加工対象となるワークのワーク座標系を設定するために、工作機械の加工領域に設置されたワークの位置を計測する必要がある。また、工具オフセット量を設定するために、主軸に取付けられた工具の寸法を計測する必要がある。
測定対象物の座標値を計測するための従来技術として、例えば特許文献1の段落2などに記載されるように、工作機械の送り軸の軸移動部にタッチセンサ(プローブ)を装備して送り軸を駆動制御することによりタッチセンサをワークに接触させ、その際に入力されるスキップ信号により送り軸の駆動を停止(スキップ)して座標値を取得し、取得した座標値に基づいて測定対象物の座標値を計測する方法がある。
【0003】
また、別の従来技術として、特許文献2の段落6,7などに記載されるような芯出しバーを用いた方法がある。
図9(a)に示すように、芯出しバー3は固定スリーブ4と偏心スリーブ5から構成されており、固定スリーブ4の部分を工作機械の主軸に取り付けて使用される。ワークの位置を計測する際には、
図9(b)に示すように主軸の回転軸から偏心スリーブ5の中心を偏心させた状態で主軸を回転させ、
図9(c)に示すように操作盤によるキー操作によりワーク6へと接近させる。そして、芯出しバー3の偏心スリーブ5がワーク6と接触することにより偏心スリーブ5と固定スリーブ4のずれが解消されたことを目視で確認して主軸の座標値を取得し、取得した座標値に基づいて測定対象物の座標値を計測する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平05−066820号公報
【特許文献2】特開2002−116016号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、スキップ信号を用いた座標値の計測方法を採用する場合、接触を検出するためのプローブを用意する必要があり、また、プローブが接触を検出した時にスキップ信号を入力する機構を用意しなければならず、全体として高価となりコスト面での課題があった。
【0006】
一方で、芯出しバーを用いた座標値の計測方法を採用する場合、オペレータは操作盤を操作しながら芯出しバーを目視確認し、偏心が解消された時点で画面を見ながら座標値の設定のためのキー入力作業を行う必要があり、芯出しバー、画面、操作盤、キーボードの間で視線と手を移動する必要があり、手数が多くなってオペレータの操作負担が大きくなるという課題があった。
【0007】
そこで本発明の目的は、スキップ信号やオペレータによるキー操作がなくとも座標値を取得することが可能な数値制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本願の請求項1に係る発明は、手動操作により制御された可動軸の位置に基づいて測定対象物の座標値を測定する工作機械を制御する数値制御装置において、前記可動軸の座標値を取得する座標値取得部と、所定の基準時点からの経過単位時間を計時する計時部と、前記可動軸の座標値と、該座標値を取得した経過単位時間とを関連付けて成る履歴情報を複数記憶する履歴記憶部と、前記座標値取得部が取得した前記可動軸の座標値と、前記計時部が計時した経過単位時間とに基づいて履歴情報を生成し、前記履歴記憶部に記録する履歴記録部と、前記履歴記憶部に記録された前記履歴情報に基づいて、前記可動軸の位置調整が終了したタイミングを解析する移動履歴解析部と、前記移動履歴解析部が解析したタイミングにおける前記可動軸の座標値を設定する座標値設定部と、を備えたことを特徴とする数値制御装置である。
【0009】
本願の請求項2に係る発明は、前記移動履歴解析部は、前記可動軸の移動が第1の時間だけ停止した時点を前記可動軸の位置調整が終了したタイミングとする、ことを特徴とする請求項1に記載の数値制御装置である。
【0010】
本願の請求項3に係る発明は、前記移動履歴解析部は、前記可動軸が第1の速度以下で移動した後に第2の時間だけ停止した時点を前記可動軸の位置調整が終了したタイミングとする、ことを特徴とする請求項1に記載の数値制御装置である。
【0011】
本願の請求項4に係る発明は、前記移動履歴解析部は、前記可動軸の移動方向が変化した後に前記可動軸が第2の速度以上で、第1の距離以上移動した場合に、前記可動軸の移動方向が変化した時点を前記可動軸の位置調整が終了したタイミングとする、ことを特徴とする請求項1に記載の数値制御装置である。
【0012】
本願の請求項5に係る発明は、ハンドル操作により制御された可動軸の位置に基づいて測定対象物の座標値を測定する工作機械を制御する数値制御装置において、ハンドルの回転方向と速度に係る情報を含むハンドル情報を取得するハンドル情報取得部と、前記可動軸の座標値を取得する座標値取得部と、所定の基準時点からの経過単位時間を計時する計時部と、前記ハンドル情報と、前記可動軸の座標値と、該ハンドル情報と該座標値を取得した経過単位時間とを関連付けて成る履歴情報を複数記憶する履歴記憶部と、前記座標値取得部が取得した前記可動軸の座標値と、前記計時部が計時した経過単位時間とに基づいて履歴情報を生成し、前記履歴記憶部に記録する履歴記録部と、前記履歴記憶部に記録された前記履歴情報に基づいて、前記可動軸の位置調整が終了したタイミングを解析する移動履歴解析部と、前記移動履歴解析部が解析したタイミングにおける前記可動軸の座標値を設定する座標値設定部と、を備えたことを特徴とする数値制御装置である。
【0013】
本願の請求項6に係る発明は、前記移動履歴解析部は、前記ハンドルの回転が第1の時間だけ停止した時点を前記可動軸の位置調整が終了したタイミングとする、ことを特徴とする請求項5に記載の数値制御装置である。
【0014】
本願の請求項7に係る発明は、前記移動履歴解析部は、前記ハンドルの回転が第3の速度以下で回転した後に第2の時間だけ停止した時点を前記可動軸の位置調整が終了したタイミングとする、ことを特徴とする請求項5に記載の数値制御装置である。
【0015】
本願の請求項8に係る発明は、前記移動履歴解析部は、前記ハンドルの回転方向が変化した後に前記ハンドルが第4の速度以上で、第3の時間以上回転した場合に、前記ハンドルの回転方向が変化した時点を前記可動軸の位置調整が終了したタイミングとする、ことを特徴とする請求項5に記載の数値制御装置である。
【発明の効果】
【0016】
本発明により、高価なプローブを用いた機構を用意しなくとも、オペレータに対して過度の操作負担を負わせることなく芯出しバーなどの測定器を用いたワーク座標の検出を行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【
図1】本発明の座標値取得機能について説明する図である。
【
図2】本発明の実施形態における数値制御装置の要部ブロック図である。
【
図3】本発明の実施形態における数値制御装置の機能ブロック図である。
【
図4】本発明の実施形態における数値制御装置における位置調整終了タイミングの解析方法(1)を説明する図である。
【
図5】本発明の実施形態における数値制御装置における位置調整終了タイミングの解析方法(2)を説明する図である。
【
図6】本発明の実施形態における数値制御装置における位置調整終了タイミングの解析方法(2)のハンドル情報から解析する場合を説明する図である。
【
図7】本発明の実施形態における数値制御装置における位置調整終了タイミングの解析方法(3)を説明する図である。
【
図8】本発明の実施形態における数値制御装置における位置調整終了タイミングの解析方法(3)のハンドル情報から解析する場合を説明する図である。
【
図9】芯出しバーによるワーク座標の測定方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
本発明では、芯出しバーなどの測定器や工具を用いて座標値の計測を行う際の、オペレータによる可動軸の移動操作による各軸の動きを解析し、解析結果に基づいて座標値を自動的に取得する機能を提供する。以降は代表して可動軸の1つである主軸に取付けた芯出しバーを用いた場合で説明する。
【0019】
図1は、芯出しバーの移動操作の例である。一般に芯出しバーを用いた座標値の計測を行う際には、
図1(a)に示すように、オペレータは最初芯出しバー3が取り付けられた主軸をワーク6から所定距離の位置まで接近させ(アプローチ段階)、移動速度を落として芯出しバー3の偏心状態に注目しながら主軸をワーク6へ接触させるように近づけ、行き過ぎたら離す、と言った操作を繰り返す(位置調整段階)。そして、偏心状態が解消されたことを確認したら、主軸をワーク6から引き離す(離脱段階)。
【0020】
図1(b)は、
図1(a)に示した操作を行った際の、芯出しバー3(主軸)の座標位置時間的推移を示すグラフである。本発明の座標値取得機能は、
図1(b)に示される位置調整段階から離脱段階にかけての座標値(図においてはX座標値)と時刻との関係を解析し、芯出しバーの位置調整後、ワークから離れる動作をきっかけにして離れる前の座標値を取得する。
【0021】
図2は、上記した機能を実現する本発明の一実施形態における数値制御装置と工作機械の要部ブロック図である。本実施形態の数値制御装置1は、数値制御装置1全体を制御するCPU10を有し、該CPU10には、バスを介してROM11、RAM12、不揮発性メモリ13、PMC14、表示器/MDIユニット15、軸制御回路16が接続されている。
【0022】
ROM11は、数値制御装置1全体を制御するためのシステムプログラムが記憶されており、RAM12には、数値制御装置1の動作時に必要となる一時的なデータや、数値制御装置1が工作機械2を制御するために用いる加工プログラムなどが記憶されている。加工プログラムは、普段は不揮発性メモリ13に記憶されており、実行時に不揮発性メモリ13から読み出されてRAM12へ記憶される。
【0023】
そして、CPU10はRAM12から加工プログラムを読み出しながら順次実行して軸制御回路16を制御し、サーボアンプ17を介して工作機械2が備える各軸のサーボモータを制御する。また、工作機械2が備える各軸のサーボモータには位置・速度検出器を内蔵し、この位置・速度検出器からの位置・速度フィードバック信号を軸制御回路16にフィードバックし、位置・速度のフィードバック制御を行う。なお、ブロック図では、位置・速度のフィードバックについては省略している。
【0024】
また、PMC(プログラマブル・マシン・コントローラ)14は、数値制御装置1に内蔵されたシーケンスプログラムで工作機械側の補助装置等を制御する。
表示器/MDIユニット15は、数値制御装置1の状態情報や加工状況に係る情報を表示する表示器18、操作者の操作を受け付けるキーボード19などを備えている。
【0025】
本実施形態の数値制御装置1により制御される工作機械2は、オペレータが工作機械2を操作するために用いられる操作盤20を有する。操作盤20には、スイッチやハンドルなどで構成される手動パルス発生器21が備えられており、オペレータは手動パルス発生器21を操作することにより、工作機械2が備えている各軸のサーボモータを手動制御し、各軸を直接駆動させることができるようになっている。
【0026】
図2に示す構成を備えた数値制御装置1上に実装される本発明の座標値取得機能の実施形態について以下で詳述する。
【0027】
図3は、本発明の一実施の形態における数値制御装置の機能ブロック図である。数値制御装置1は、座標値取得部100、計時部110、履歴記録部120、移動履歴解析部130、座標値設定部140、および履歴記憶部200を備える。
【0028】
座標値取得部100は、オペレータにより数値制御装置1が座標値取得モードに設定されている場合において、軸制御回路16にフィードバックされた工作機械2の主軸の位置情報を座標値として取得して出力する。
また、計時部110は、基準となる時点から経過した単位時間を計時した経過単位時間を出力する。計時部110は、数値制御装置1に備えられたRTCから現在時刻(この場合、例えば、基準時点は0時、単位時間は1秒)を経過単位時間として出力するように構成してもよいし、座標値取得モードに切り替えられてからの経過時間を経過単位時間として出力するように構成してもよい。また、数値制御装置1の内部動作周期を単位時間とし、座標値取得を開始してからの内部動作周期数のカウント値を経過単位時間として出力するように構成してもよい。
そして、履歴記録部は、座標値取得部100から出力された主軸の座標値と、計時部110から出力された経過単位時間とを関連付けた情報である主軸の履歴情報を、履歴記憶部200へと記憶する。
【0029】
履歴記録部120による履歴記憶部200への履歴情報の記録は、あらかじめ設定される所定の周期毎に行われ、また、数値制御装置1が座標値取得モードに設定されている間において、あらかじめ設定されている所定の個数だけ記録される。記憶された履歴情報が所定の個数を超える場合には、所定の個数を超えないように古い履歴情報が削除され、新しい履歴情報が記録される。
【0030】
移動履歴解析部130は、数値制御装置1が座標値取得モードに設定されている場合において、履歴記憶部200から取得された履歴情報に基づいて、現在までの工作機械2が備える主軸の座標値の時間的推移を解析してオペレータによる位置調整が終了したタイミングを解析する。タイミングの解析には、履歴記憶部200に記憶された情報のみに基づいて解析してもよいし、座標値取得部100から出力された主軸の現在の座標値、計時部110から出力された経過単位時間を更に用いるようにしてもよい。
【0031】
オペレータによる位置調整が終了したタイミングをどのように解析するかはさまざまな方法が考えられる。以下に、代表的な解析方法を挙げる。なお、各解析方法を説明する図においては、説明を簡単にするためにX軸の座標値と時間の関係のグラフのみを示しているが、Y軸やZ軸などの任意の方向の座標値と時間の関係にも適用される。
【0032】
<解析方法1:停止時間による方法>
オペレータは芯出しバーの位置調整をする際、操作盤を操作して芯出しバーを取り付けた主軸をワークに対して近づけたり遠ざけたりしながら芯出しバーの偏心状態が解消されたことを目視確認するが、その際にオペレータによる操作が停止することに着目し、
図4に示すように、所定の時間Tの間だけ主軸の座標値に変化が無かった時点をオペレータによる位置調整が終了したタイミングとして検出し、その時点における主軸の座標値に対して芯出しバーの半径分だけ補正した座標値をワーク座標値として設定する。
【0033】
なお、所定の時間Tは、数値制御装置1にあらかじめ設定しておくようにすることもできるし、数値制御装置1が座標値取得モードに切り替えられた時にオペレータが設定できるようにしてもよい。
【0034】
<解析方法2:移動速度と停止時間による方法>
オペレータは芯出しバーの位置調整をする際、操作盤を操作して芯出しバーを取り付けた主軸をワークに対して近づけたり遠ざけたりしながら芯出しバーの偏心状態が解消されるギリギリのところでは主軸の移動速度を落として微調整を行う。そこで、
図5に示すように、所定の速度tanθを超えない速度で移動した後に、所定の時間Tの間だけ主軸の座標値に変化が無かった場合に、その時点をオペレータによる位置調整が終了したタイミングとして検出し、その時点における主軸の座標値に対して芯出しバーの半径分だけ補正した座標値をワーク座標値として設定する。
【0035】
なお、所定の速度tanθ、および所定の時間Tは、数値制御装置1にあらかじめ設定しておくようにすることもできるし、数値制御装置1が座標値取得モードに切り替えられた時にオペレータが設定できるようにしてもよい。
また、ハンドルの情報から検出する方法として、
図6に示すように、所定の速度V
3を超えない速度でハンドルを回転した後に、所定の時間Tの間だけハンドルの回転に変化が無かった場合に、その時点をオペレータによる位置調整が終了したタイミングとして検出し、その時点における主軸の座標値に対して芯出しバーの半径分だけ補正した座標値をワーク座標値として設定する。
なお、所定の速度V
3、および所定の時間Tは、数値制御装置1にあらかじめ設定しておくようにすることもできるし、数値制御装置1が座標値取得モードに切り替えられた時にオペレータが設定できるようにしてもよい。
本解析方法は、解析方法1と比較して、アプローチ中などにおいて何らかの事情でオペレータの操作が止まった場合などにおける座標時の誤検出を防ぐことができる。
【0036】
<解析方法3:移動方向の変化を検出する方法>
オペレータは芯出しバーの位置調整をする際、主軸の移動速度を落としてワークに対して近づけたり遠ざけたりしながら微調整を行い、芯出しバーの偏心状態が解消された後、主軸の移動速度を上げて離脱させる。そこで、
図7に示すように、芯出しバーを取り付けた主軸の移動方向が変化したタイミング(移動方向が変化する間に主軸が停止した場合には、主軸が停止した後に動き出したタイミング)における主軸の座標値を一時的に記憶、または履歴記憶部200内でマークしておき、記憶乃至マークした時点から所定の速度tanφ以上の速度で所定の距離Lだけ主軸が移動した場合に、当該記憶乃至マークした時点における座標値に対して芯出しバーの半径分だけ補正した座標値をワーク座標値として設定する。
【0037】
なお、所定の速度tanφ、および所定の距離Lは、数値制御装置1にあらかじめ設定しておくようにすることもできるし、数値制御装置1が座標値取得モードに切り替えられた時にオペレータが設定できるようにしてもよい。
また、ハンドルの情報から検出する方法として、
図8に示すように、ハンドルの回転方向が変化したタイミング(回転方向が変化する間にハンドルが停止した場合には、ハンドルが停止した後に動き出したタイミング)における主軸の座標値を一時的に記憶、または履歴記憶部200内でマークしておき、記憶乃至マークした時点から所定の速度V
4以上の回転速度で所定の時間T
3だけハンドルを回転した場合に、当該記憶乃至マークした時点における座標値に対して芯出しバーの半径分だけ補正した座標値をワーク座標値として設定する。
なお、所定の速度V
4、および所定の時間T
3は、数値制御装置1にあらかじめ設定しておくようにすることもできるし、数値制御装置1が座標値取得モードに切り替えられた時にオペレータが設定できるようにしてもよい。
ハンドルで操作する場合の主軸の移動量は倍率を指定できるため、倍率が低い場合、ハンドルの回転速度が速くても、主軸の移動速度は遅い場合がある。位置の微調整後の離脱でハンドルを速く回転させても、主軸の移動速度は所定の速度tanφに満たないことも考えられるため、離脱の移動を判別できない場合もある。ハンドルの回転速度から解析することで離脱を判別することができる。
【0038】
そして、座標値設定部140は、移動履歴解析部130が解析したタイミングにおける主軸の座標値を測定されたワークの座標値として設定する。
【0039】
このように、本実施形態の数値制御装置1では、高価なプローブを用いた機構を用意しなくとも、オペレータに対して過度の操作負担を負わせることなく芯出しバーを用いたワーク座標の検出を行うことができるようになる。
【0040】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態の例のみに限定されることなく、適宜の変更を加えることにより様々な態様で実施することができる。
例えば、移動履歴解析部130による解析方法は、1の解析方法のみを実装してもよいし、複数の解析方法を数値制御装置1に組み込んでおいて、オペレータが数値制御装置1を座標値取得モードに設定した際に選択できるようにしてもよいし、複数の矛盾しない解析方法を組み合わせるようにしてもよい。
【0041】
また、上記した実施形態では、軸の移動方向や移動速度などの情報について、可動軸の座標値の時間的推移に基づいて解析するものとして説明したが、例えばパルス発生器に備え付けられたハンドルの回転方向と速度を取得する構成を設け、該ハンドルの操作に係る情報から軸の移動方向や移動速度などの情報を求めるようにしてもよい。
【符号の説明】
【0042】
1 数値制御装置
2 工作機械
10 CPU
11 ROM
12 RAM
13 不揮発性メモリ
14 PMC
15 表示器/MDIユニット
16 軸制御回路
17 サーボアンプ
18 表示器
19 キーボード
20 操作盤
21 手動パルス発生器
100 座標値取得部
110 計時部
120 履歴記録部
130 移動履歴解析部
140 座標値設定部
200 履歴記憶部