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  • 特許-表示装置 図1
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(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】
(24)【登録日】2024-02-27
(45)【発行日】2024-03-06
(54)【発明の名称】表示装置
(51)【国際特許分類】
   G05B 19/18 20060101AFI20240228BHJP
   G05B 19/409 20060101ALI20240228BHJP
   B23Q 17/00 20060101ALI20240228BHJP
【FI】
G05B19/18 W
G05B19/409 C
B23Q17/00 E
【請求項の数】 2
(21)【出願番号】P 2022546936
(86)(22)【出願日】2021-09-01
(86)【国際出願番号】 JP2021032057
(87)【国際公開番号】W WO2022050292
(87)【国際公開日】2022-03-10
【審査請求日】2023-04-05
(31)【優先権主張番号】P 2020149698
(32)【優先日】2020-09-07
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(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】100106002
【弁理士】
【氏名又は名称】正林 真之
(74)【代理人】
【識別番号】100165157
【弁理士】
【氏名又は名称】芝 哲央
(74)【代理人】
【識別番号】100160794
【弁理士】
【氏名又は名称】星野 寛明
(72)【発明者】
【氏名】相澤 智之
(72)【発明者】
【氏名】手塚 淳一
(72)【発明者】
【氏名】猪飼 聡史
【審査官】野口 絢子
(56)【参考文献】
【文献】特開2001-216011(JP,A)
【文献】特開平6-274228(JP,A)
【文献】特開2020-95316(JP,A)
【文献】特開平7-160317(JP,A)
【文献】特開2019-57253(JP,A)
【文献】特開2011-022688(JP,A)
【文献】特開2012-022404(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G05B 19/18-19/416
G05B 19/42-19/46
B23Q 17/00-23/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
産業機械の軸を駆動する電動機を制御するサーボ制御装置に設けられる表示装置であって、
前記軸の加工プログラムの軌跡と実軌跡との軌跡差を監視し、
少なくとも、前記軌跡差が小さく且つ指令速度における設定上の最大値に対して前記軸の実速度が小さい箇所について、前記指令速度を増加させても精度維持可能であると判断するか、前記軌跡差が小さく且つ指令加速度における設定上の最大値に対して前記軸の実加速度が小さい箇所について、前記指令加速度を増加させても精度維持可能であると判断するか、のうちの一つを行う判断部と、
前記箇所を強調表示する表示部と、を備える表示装置。
【請求項2】
前記表示部は、前記加工プログラムにおける前記箇所の相当箇所を表示可能である請求項1に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1には、「この発明による方法の利点は、目標軌跡と実際の軌跡の間の偏差が大きくないと予測される、または大きくなっていない軌跡曲線の部分を小さい縮尺で表示し、目標軌跡と実際の軌跡の間の偏差が大きいと予測される、または大きくなっている軌跡曲線の部分を大きな縮尺で表示する点にある。」と記載されている。
【0003】
特許文献2には、「本発明は、ワークを加工しない空運転で加工プログラムを実行し、そのとき得られる実際の工具経路を表示装置に描画するか、そのとき得られる位置偏差を表示装置に描画することによって加工誤差をチェックできるようにした。また、位置偏差が設定限界値を越える区間に対してのみ線種を変えて実際の工具経路を描画することにより加工誤差をチェックできるようにした。」と記載されている。
【0004】
特許文献3には、「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。」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開平11-345011号公報
【文献】特開平11-143514号公報
【文献】特開2011-060016号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
加工精度を維持し、且つ、サイクルタイムの短縮を図ることが可能となる表示装置が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
(1) 本開示の一態様は、産業機械の軸を駆動する電動機を制御するサーボ制御装置に設けられる表示装置であって、前記軸の加工プログラムの軌跡と実軌跡との軌跡差を監視し、少なくとも、前記軌跡差が小さく且つ指令速度における設定上の最大値に対して前記軸の実速度が小さい箇所について、前記指令速度を増加させても精度維持可能であると判断するか、前記軌跡差が小さく且つ指令加速度における設定上の最大値に対して前記軸の実加速度が小さい箇所について、前記指令加速度を増加させても精度維持可能であると判断するか、のうちの一つを行う判断部と、前記箇所を強調表示する表示部と、を備える表示装置に関する。
【発明の効果】
【0008】
一態様によれば、加工精度を維持し、且つ、サイクルタイムの短縮を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】一実施形態に係る表示装置を含む機械システムを示す図である。
図2】一実施形態に係る表示装置の画像表示部において表示される強調表示を示す図である。
図3】一実施形態に係る表示装置における制御を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、実施形態の一例について説明する。図1は、表示装置10を含む機械システム1を示す図である。
機械システム1は、制御装置30、表示装置10、第1の入力装置41、第2の入力装置21、及び、産業機械50を備える。産業機械50は、本実施形態では、例えば、工作機械により構成される。
【0011】
制御装置30は、表示装置10、第1の入力装置41、第2の入力装置21、及び、産業機械50の動作を制御する。具体的には、制御装置30は、CPU又はGPU等を有し、後述する各種機能を実行するための演算処理を行うプロセッサ及びI/Oインターフェースを有しており、メモリ33、記憶部34、時系列データ取得部32、及び第1の入力受付部31を備え、CNC装置を構成する。制御装置30のプロセッサは、メモリ33、及びI/Oインターフェースと図示しないバスを介して通信可能に接続されている。
【0012】
メモリ33は、ROM又はRAM等を有し、各種データを一時的又は恒久的に記憶する。また、メモリ33は、記憶した各種データを、表示装置10の計算部11へ出力する。記憶部34は、最大速度指令35及び最大加速度指令36を記憶し、記憶した最大速度指令35及び最大加速度指令36を表示装置10の判断部16に出力する。最大速度指令35は、産業機械50の図示しないサーボモータに入力可能な速度指令の最大値であり、最大加速度指令36は、産業機械50の図示しないサーボモータに入力可能な加速度指令の最大値である。最大速度指令35、最大加速度指令36は、各産業機械50に対して、それぞれ予め決められている。速度指令、加速度指令は、CNC装置によってサーボモータを制御するために用いられるパラメータである。
【0013】
時系列データ取得部32は、産業機械50において、被加工物であるワークを用いないで実際の加工をせずに、産業機械50の加工プログラムを実行させる、いわゆる空加工を行ったときの、産業機械50の駆動体又は電動機の各軸の位置の時系列データを、産業機械50においてワークを加工する際に用いられる加工プログラムと共に産業機械50から入力し取得する。そして、時系列データ取得部32は、入力したデータ及び加工プログラムをメモリ33に記憶させる。
【0014】
第1の入力装置41は、産業機械50においてワークを加工する際に用いられる加工プログラムに基づく速度指令及び加速度指令のそれぞれの最大値(最大速度指令35及び最大加速度指令36)を、第1の入力受付部31に出力する。第1の入力受付部31は、第1の入力装置41から出力される最大速度指令35及び最大加速度指令36を入力し、記憶部34に記憶させる。
【0015】
表示装置10は、計算部11と、第2の入力受付部15と、判断部16と、移動軌跡生成部17と、画像表示部18と、を備えている。計算部11は、メモリ33から入力した、産業機械50の駆動体又は電動機の各軸の位置の時系列データである位置データから、速度と、加速度と、位置偏差とを計算する。計算部11は、計算した速度、加速度、及び、位置偏差を判断部16及び移動軌跡生成部17に出力する。
【0016】
第2の入力装置21は、各軸の制御パラメータである最大指令速度、最大指令加速度に対する比率や許容される軌跡差を、第2の入力受付部15に出力する。第2の入力受付部15は、第2の入力装置21から出力される、最大指令速度、最大指令加速度に対する比率や許容される軌跡差を入力し、判断部16に出力する。
【0017】
判断部16は、計算部11から出力された位置偏差と、速度及び加速度である実速度及び実加速度と、制御装置30の記憶部34から出力された、指令速度の最大値である最大速度指令35、及び、指令加速度の最大値である最大加速度指令36から、サイクルタイムが短縮可能である部分があるか否かを判断する。サイクルタイムが短縮可能であると判断した場合には、サイクルタイムが短縮可能である部分についての情報を移動軌跡生成部17へ出力する。
【0018】
移動軌跡生成部17は、実位置、若しくは、位置指令から、各軸の移動軌跡を生成する。また、移動軌跡生成部17は、判断部16からのサイクルタイムが短縮可能である部分についての情報に基づいて、生成した移動軌跡における当該部分に相当する部分を表示するデータを生成する。そして、移動軌跡生成部17は、生成された情報(データ)を画像表示部18へ出力する。
【0019】
画像表示部18は、LCD又は有機ELディスプレイ等のディスプレイを有しており、移動軌跡生成部17により生成された移動軌跡についてのデータと、サイクルタイムが短縮可能である部分についてのデータとを用いて、移動軌跡と、サイクルタイムが短縮可能である部分とを、画像表示部18のディスプレイ上に重ねて表示する。画像表示部18は、サイクルタイムが短縮可能である部分については、移動軌跡のどの部分であるかを容易に視認可能に強調表示する。
【0020】
産業機械50は、いわゆる5軸マシニングセンタであり、ワークを加工する。産業機械50は、並進移動機構54、揺動移動機構58、回動移動機構62、及び主軸移動機構70を有する。並進移動機構54は、図示しない土台テーブルを、x軸方向へ往復動させるx軸ボールねじ機構(図示せず)と、y軸方向へ往復動させるy軸ボールねじ機構(図示せず)と、を有しており、これらをそれぞれ駆動する第1の駆動部76と、第2の駆動部78とを有する。
【0021】
第1の駆動部76は、例えばサーボモータであって、制御装置30からの指令に応じて、その回転シャフトを回転駆動する。x軸ボールねじ機構は、第1の駆動部76の出力シャフトの回転動作を、機械座標系のx軸に沿う往復動に変換する。同様に、第2の駆動部78は、例えばサーボモータであって、制御装置30からの指令に応じて、その回転シャフトを回転駆動し、y軸ボールねじ機構は、第2の駆動部78の出力シャフトの回転動作を、機械座標系のy軸に沿う往復動に変換する。
【0022】
揺動移動機構58は、第3の駆動部84を有する。第3の駆動部84は、例えばサーボモータであって、制御装置30からの指令に応じて、その出力シャフトを回転駆動する。
【0023】
回動移動機構62は、第4の駆動部94を有する。第4の駆動部94は、例えばサーボモータであって、制御装置30からの指令に応じて、その出力シャフトを回転駆動する。
【0024】
主軸移動機構70は、主軸ヘッドをz軸方向へ往復動させる図示しないボールねじ機構と、ボールねじ機構を駆動する第5の駆動部100とを有する。第5の駆動部100は、例えばサーボモータであって、制御装置30からの指令に応じて、その回転シャフトを回転駆動し、ボールねじ機構は、第5の駆動部100の出力シャフトの回転動作を、機械座標系のz軸に沿う往復動に変換する。
【0025】
産業機械50には、機械座標系が設定されている。この機械座標系は、3次元空間内に固定され、産業機械50の動作を自動制御するときに基準となる直交座標系である。
【0026】
産業機械50は、並進移動機構54、揺動移動機構58、回動移動機構62、及び主軸移動機構70によって、図示しないツールを、図示しないワークテーブルにセットされたワークに対して5方向へ相対的に移動させる。したがって、並進移動機構54、揺動移動機構58、回動移動機構62、及び主軸移動機構70は、ツールとワークとを相対的に移動させる移動機構を構成する。
【0027】
産業機械50は、第1のセンサ104、第2のセンサ106、第3のセンサ108、第4のセンサ110、及び、第5のセンサ112を備える。
第1のセンサ104は、第1の駆動部76に設けられ、第1の駆動部76の状態データを検出し、フィードバックとして制御装置30へ送信する。第1のセンサ104は、第1の駆動部76の出力シャフトの回転位置(又は、回転角度)を検出する回転検出センサ(エンコーダ、ホール素子等)を有する。また、各駆動部のサーボモータに電流を流すサーボアンプ内には、各駆動部に流れる電流を検出する電流センサを有する。電流センサは、各駆動部の状態データとして、電流を検出し、フィードバックとして、電流を示す電流フィードバックを、制御装置30へ送信する。
【0028】
第2のセンサ106は、第2の駆動部78の出力シャフトの回転位置を検出する回転検出センサと、第2の駆動部78に流れる電流を検出する電流センサとを有し、第2の駆動部78の状態データとして、回転位置、速度、及び電流を検出する。そして、第2のセンサ106は、フィードバックとして、回転位置の位置フィードバック、速度の速度フィードバック、及び電流の電流フィードバックを、制御装置30へ送信する。
【0029】
第3のセンサ108は、第3の駆動部84の出力シャフトの回転位置を検出する回転検出センサと、第3の駆動部84に流れる電流を検出する電流センサとを有し、第3の駆動部84の状態データとして、回転位置、速度、及び電流を検出する。そして、第3のセンサ108は、フィードバックとして、回転位置の位置フィードバック、速度の速度フィードバック、及び電流の電流フィードバックを、制御装置30へ送信する。
【0030】
第4のセンサ110は、第4の駆動部94の出力シャフトの回転位置を検出する回転検出センサと、第4の駆動部94に流れる電流を検出する電流センサとを有し、第4の駆動部94の状態データとして、回転位置、速度、及び電流を検出する。そして、第4のセンサ110は、フィードバックとして、回転位置の位置フィードバック、速度の速度フィードバック、及び電流の電流フィードバックを、制御装置30へ送信する。
【0031】
第5のセンサ112は、第5の駆動部100の出力シャフトの回転位置を検出する回転検出センサと、第5の駆動部100に流れる電流を検出する電流センサとを有し、第5の駆動部100の状態データとして、回転位置、速度、及び電流を検出する。そして、第5のセンサ112は、フィードバックとして、回転位置の位置フィードバック、速度の速度フィードバック、及び電流の電流フィードバックを、制御装置30へ送信する。
産業機械50によってワークを加工する場合、制御装置30のプロセッサは、加工プログラムに従って、第1の駆動部76、第2の駆動部78、第3の駆動部84、第4の駆動部94、及び第5の駆動部100へ、それぞれ、指令CD1、CD2、CD3、CD4、及びCD5を送信する。第1の駆動部76へ送信される指令CD1は、例えば、位置指令、速度指令、トルク指令、及び電流指令の少なくとも1つを含む。
【0032】
次に、サイクルタイムが短縮可能である部分が、移動軌跡のどの部分であるかを容易に視認可能に強調表示する制御について説明する。図2は、表示装置10の画像表示部18において表示される強調表示部Iを示す図である。図3は、表示装置10における制御を示す図である。
【0033】
先ず、制御装置30は、産業機械50において空加工を行う制御を産業機械50に対して行う。これにより、表示装置10の計算部11は、メモリ33から、産業機械50の駆動体又は電動機の各軸の位置の時系列データである位置データを入力し、位置データを用いて、位置偏差と、速度(実速度)と、加速度(実加速度)と、を計算する(ステップS101)。
ここで、各軸における位置偏差は各軸の位置指令から各軸の実位置を差し引いて計算される。また、各軸についての速度(実速度)は、各軸についての位置データから得られる位置を一階微分した値である。また、各軸についての加速度(実加速度)は、各軸についての速度(実速度)を一階微分した値である。
【0034】
次に、判断部16は、計算部11から出力された位置偏差12と、速度13及び加速度14である実速度及び実加速度と、制御装置30の記憶部34から出力された、指令速度の最大値である最大速度指令35、及び、指令加速度の最大値である最大加速度指令36から、サイクルタイムが短縮可能である部分があるか否かを判断する(ステップS102)。
【0035】
具体的には、判断部16は、5つの軸についての位置指令から生成された軌跡である加工プログラムの軌跡と、5つの軸についての実位置から生成された軌跡である実軌跡と、を比較し、加工プログラムの軌跡と実軌跡との軌跡差と、速度13と、加速度14とに基づいて監視を行う。
【0036】
そして、判断部16は、軌跡差が小さく、且つ、記憶部34から出力された、各軸の制御パラメータである最大指令速度に対して各軸の実速度が小さい箇所について、指令速度を増加させても精度維持可能であると判断する。また、判断部16は、軌跡差が小さく、且つ、記憶部34から出力された、各軸の制御パラメータである最大指令加速度に対して各軸の実加速度が小さい箇所について、指令加速度を増加させても精度維持可能であると判断する。ここで「小さい」については、例えば、最大指令速度、最大指令加速度に対して20%小さい指令速度、指令加速度であれば、十分に小さいことを意味する。そして、判断部16は、サイクルタイムが短縮可能である箇所についての情報をデータとして移動軌跡生成部17へ出力する。
【0037】
そして、移動軌跡生成部17は、計算部11から移動軌跡生成部17へ出力された位置データ(実位置、若しくは、位置指令)から、画像表示部18において表示可能な移動軌跡のデータを生成する。また、移動軌跡生成部17は、判断部16から出力された、サイクルタイムが短縮可能である箇所についてのデータから、画像表示部18において表示可能であり、且つ、移動軌跡に重ねて強調表示可能なデータを生成する。そして、移動軌跡生成部17は、これらの生成したデータを画像表示部18へ出力する。
【0038】
画像表示部18は、移動軌跡生成部17から出力されたデータを用いて、図2に示すように、移動軌跡Tを示す図中に、サイクルタイムが短縮可能である箇所である強調表示部Iを表示すると共に、位置偏差、指令速度、指令加速度を示すグラフにおいて、サイクルタイムが短縮可能である箇所の領域を示す強調表示部Iを表示する。更に、例えば、当該グラフにおける強調表示部Iが、画像表示部18を構成するディスプレイ上でタップされることにより、サイクルタイムが短縮可能である箇所に相当する加工プログラムの行番号を、加工プログラムにおける相当箇所としてディスプレイ上に表示する。
【0039】
以上説明した本実施形態は、以下のような効果を奏する。
本実施形態では、判断部16は、各軸の加工プログラムの軌跡と実軌跡(移動軌跡T)との軌跡差を監視する。そして、判断部16は、軌跡差が小さく且つ指令速度における設定上の最大値に対して各軸の実速度が小さい箇所について、指令速度を増加させても精度維持可能であると判断する。また、判断部16は、軌跡差が小さく且つ指令加速度における設定上の最大値に対して各軸の実加速度が小さい箇所について、指令加速度を増加させても精度維持可能であると判断する。そして、画像表示部18は、箇所を強調表示部Iとして強調表示する。
【0040】
これにより、軌跡差が小さい箇所について加工プログラムを修正することを、画像表示部18が強調表示して促すことが可能となるため、加工精度を維持した状態で加工プログラムを修正することが可能となる。更に、指令速度、指令加速度における設定上の最大値に対して各軸の実速度、実加速度がそれぞれ小さい箇所について、画像表示部18が強調表示して、加工プログラムを修正することを促すことが可能となるため、サイクルタイムを大きく短縮することが可能な箇所を容易に視認することが可能となる。以上より、加工精度を維持した状態で加工プログラムを修正することが可能となる。この結果、各軸の移動状態の変化に対して、最適なサーボ制御となるような設定をすることが可能となる。また、効果的に、CNC装置によってサーボモータを制御するために用いられるパラメータを求めることが可能となり、当該パラメータに辿り着くまでの時間短縮が可能となり、産業機械50の立ち上げの効率を改善することが可能となる。
【0041】
また、本実施形態においては、画像表示部18は、加工プログラムにおける箇所の相当箇所を表示可能である。これにより、サイクルタイムを短縮することが可能な箇所を、加工プログラム上で容易に視認することが可能となる。このため、加工プログラムの修正を容易とすることが可能となる。
【0042】
以上本実施形態について説明をした。上述した実施形態は、好適な実施形態ではあるが、上記実施形態のみに限定されるものではなく、種々の変更を施した形態での実施が可能である。例えば、以下に説明する変形例のように変形をして実施することが可能である。
例えば、上記実施形態においては、軌跡差が小さく且つ指令速度における設定上の最大値に対して軸の実速度が小さい箇所について、指令速度を増加させても精度維持可能であると判断するとともに、軌跡差が小さく且つ指令加速度における設定上の最大値に対して軸の実加速度が小さい箇所について、指令加速度を増加させても精度維持可能であると判断したが、これに限定されない。
判断部16は、少なくとも、軌跡差が小さく且つ指令速度における設定上の最大値に対して軸の実速度が小さい箇所について、指令速度を増加させても精度維持可能であると判断するか、軌跡差が小さく且つ指令加速度における設定上の最大値に対して軸の実加速度が小さい箇所について、指令加速度を増加させても精度維持可能であると判断するか、のうちの一つを行えばよい。
また、表示装置は、制御装置に組み込まれている構成に限定されず、例えば、制御装置とは別体の装置として設けられて、電気的に接続されている構成であってもよい。
また、本実施形態においては、いわゆる空加工を行ったときの、産業機械50の駆動体又は電動機の各軸の位置の時系列データを利用したが、これに限定されず、例えば、実際の加工を行ったときの実加工のデータを利用してもよい。
また、本実施形態においては、産業機械50は、いわゆる5軸マシニングセンタであったが、5軸マシニングセンタに限定されない。
また、本実施形態においては、産業機械50は、第1のセンサ104、第2のセンサ106、第3のセンサ108、第4のセンサ110、及び、第5のセンサ112を備えており、これらは、各駆動部の出力シャフトの回転位置(又は、回転角度)を検出する回転検出センサ(エンコーダ、ホール素子等)を有していたが、この構成に限定されない。例えば、センサとしては、回転位置や回転角度の検出を行う検出器のみではなく、駆動部の位置(直動系)の検出器(リニアスケール)が用いられてもよい。
【0043】
また、判断部、表示部等の各構成は、本実施形態における判断部16、画像表示部18等の各構成に限定されない。
また、産業機械50は、本実施形態では、工作機械により構成されたが、これに限定されず、工作機械以外の他の産業機械により構成されてもよい。
また、本実施形態においては、判断部は、各軸の加工プログラムの軌跡と実軌跡との軌跡差を監視したが、これに限定されない。判断部は、実速度、実加速度を監視してもよい。
また、図2に示すように、移動軌跡Tは、3次元で図示されたが、軸が平面内を移動する場合には、2次元平面において図示されてもよい。
【符号の説明】
【0044】
10 表示装置
18 画像表示部
50 産業機械
I 強調表示部
T 移動軌跡(実軌跡)
図1
図2
図3