特許 7506148 数値制御装置

(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】2024-06-17

(45)【発行日】2024-06-25

(54)【発明の名称】数値制御装置

(51)【国際特許分類】

   G05B 19/409 20060101AFI20240618BHJP

   B23Q 5/22 20060101ALI20240618BHJP

【ＦＩ】

G05B19/409 B

B23Q5/22 J

B23Q5/22 530H

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2022501872

(86)(22)【出願日】2021-02-15

(86)【国際出願番号】 JP2021005487

(87)【国際公開番号】W WO2021166843

(87)【国際公開日】2021-08-26

【審査請求日】2022-09-14

(31)【優先権主張番号】P 2020027522

(32)【優先日】2020-02-20

(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】大西 庸士

【審査官】中田 善邦

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１１７２７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／１２９５１６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－００５６２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０５０９５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０３８５７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０５Ｂ １９／４０９

Ｂ２３Ｑ ５／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プログラムに基づいて工作機械を制御する数値制御装置であって、
前記工作機械の手動ハンドルの回転に応じて前記プログラムを実行する所定の機能を有するプログラム実行部と、
前記プログラムの実行状態を特定する実行状態特定部と、
前記所定の機能及び前記プログラムの実行状態に基づいて、前記手動ハンドルにおいてハプティックフィードバックを生成させるハプティック制御部と、
前記手動ハンドルに対して出力される前記ハプティックフィードバックを定義する動作定義データを設定する動作定義部と、
前記動作定義データ、前記所定の機能及び前記プログラムの実行状態に基づいて、前記ハプティックフィードバックの種別を選択する選択部と、
前記ハプティックフィードバックの種別に基づいて、前記ハプティックフィードバックに関するパラメータを決定するパラメータ決定部と、
を更に備え、
前記ハプティックフィードバックの種別は、少なくとも抵抗触覚を含む触覚であり、
前記実行状態特定部が、プログラムのブロックの指令速度を特定し、前記選択部は、前記動作定義データにおいて前記プログラムのブロックの指令速度と関連付けられる前記触覚を、前記ハプティックフィードバックの種別として選択し、
前記ハプティック制御部は、前記パラメータを用いて、前記指令速度に応じた前記触覚を前記ハプティックフィードバックにより生成させる、
数値制御装置。

【請求項2】

前記ハプティック制御部は、前記プログラムのブロックの終点において前記ハプティックフィードバックの前記触覚を変更させる、請求項１に記載の数値制御装置。

【請求項3】

前記ハプティック制御部は、前記プログラムの指令速度に応じて前記ハプティックフィードバックを変更させる、請求項１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、数値制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、手動ハンドルにより軸送りを行う工作機械において、負荷に応じて音や振動を発生させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１は、負荷検出手段による検出負荷の大小に応じて報知手段の音や振動の種類を変化させる制御手段を備える工作機械を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平０６－１９０６９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

工作機械は、プログラムを手動ハンドルの回転に合わせて実行する機能を有する場合がある。工作機械がこのような機能を実行するとき、オペレータは、プログラムの実行状態を確認するために、プログラムを表示した画面を見る必要がある。そのため、工作機械を制御する数値制御装置において、プログラムの実行状態をより直感的に確認することができる数値制御装置が望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示に係る数値制御装置は、プログラムに基づいて工作機械を制御する数値制御装置であって、前記工作機械の手動ハンドルの回転に応じて前記プログラムを実行する所定の機能を有するプログラム実行部と、前記プログラムの実行状態を特定する実行状態特定部と、前記所定の機能及び前記プログラムの実行状態に基づいて、前記手動ハンドルにおいてハプティックフィードバックを生成させるハプティック制御部と、を備える。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、プログラムの実行状態をより直感的に確認することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本実施形態に係る数値制御装置及び工作機械の構成を示す図である。

【図2】プログラム実行状態の例を示す図である。

【図3】プログラム実行状態の例を示す図である。

【図4】数値制御装置の処理の流れを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、本発明の実施形態の一例について説明する。
図１は、数値制御装置１及び工作機械２の構成を示す図である。数値制御装置１及び工作機械２は、バス（図示せず）等によって接続されており、工作機械２は、数値制御装置１の制御に従って動作する。

【0009】

図１に示すように、数値制御装置１は、制御部１１と、記憶部１２と、サーボアンプ１３と、ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）１４と、を備える。

【0010】

制御部１１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプロセッサであり、記憶部１２に記憶されたプログラムを実行することによって、手動ハンドル制御部１１１、動作定義部１１２、プログラム実行部１１３、実行状態特定部１１４、選択部１１５、パラメータ決定部１１６及びハプティック制御部１１７として機能する。

【0011】

記憶部１２は、ＲＯＭ（ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）、不揮発性メモリ、ハードディスクドライブ等で構成され、各種のデータを記憶する。
例えば、記憶部１２は、後述する動作定義データ、パラメータ等を記憶する。

【0012】

サーボアンプ１３は、制御部１１から受け付けた軸の移動指令を増幅し、工作機械２のサーボモータ２１を駆動する。
ＰＬＣ１４は、制御部１１からバスを介してＭ（補助）機能信号、Ｓ（スピンドル速度制御）機能信号、Ｔ（工具選択）機能信号等を受け付ける。そして、ＰＬＣ１４は、これらの信号をシーケンス・プログラムによって処理し、処理された出力信号を工作機械２へ出力する。ＰＬＣ１４は、出力信号によって工作機械２内の空圧機器、油圧機器、電磁アクチュエータ等を制御する。

【0013】

また、ＰＬＣ１４は、工作機械２の機械操作盤２２のボタン信号、スイッチ信号、手動ハンドル信号等の各種信号を受け付け、受け付けた各種信号をシーケンス処理する。そして、ＰＬＣ１４は、シーケンス処理された各種信号を、バスを介して制御部１１へ送信する。

【0014】

工作機械２は、サーボモータ２１と、機械操作盤２２と、を備える。なお、本明細書では、工作機械２の他の構成は、説明の簡素化のため省略するが、工作機械２は、一般的な工作機械の構成を有する。

【0015】

サーボモータ２１は、サーボアンプ１３から受け付けた軸の移動指令により軸を駆動する。
機械操作盤２２は、ボタン及びスイッチ２２１と、手動ハンドル２２２と、を備える。
ボタン及びスイッチ２２１は、機械的なボタン及びスイッチを含む。ボタン及びスイッチ２２１は、機械的なボタン又はスイッチが押されると、ボタン信号及びスイッチ信号をＰＬＣ１４へ出力する。

【0016】

手動ハンドル２２２は、１又は複数の軸を手動操作により移動する。手動ハンドル２２２は、パルス生成部２２２１と、ドライバ２２２２と、アクチュエータ２２２３と、ハンドル部２２２４と、を備える。

【0017】

パルス生成部２２２１は、ハンドル部２２２４を＋方向又は－方向に回転させると、その回転に応じてパルス信号を出力する。このパルス信号は、回転方向を判別するための二相のパルスであって、バスを介して制御部１１へ送信される。そして、制御部１１の手動ハンドル制御部１１１は、このパルス信号に基づいて工作機械２の軸の移動指令をサーボアンプ１３へ送信する。

【0018】

ドライバ２２２２は、制御部１１のハプティック制御部１１７から制御信号を受け付け、ハプティックフィードバックを生成するための駆動信号をアクチュエータ２２２３へ出力する。

【0019】

アクチュエータ２２２３は、ドライバ２２２２からの駆動信号によって駆動され、ハプティックフィードバックを生成する。アクチュエータ２２２３は、例えば、電気モータ、電磁気アクチュエータ、形状記憶合金、電気活性ポリマー、ソレノイド、偏心モータ、リニア共振アクチュエータ、又は圧電アクチュエータ等であってもよい。また、アクチュエータ２２２３は、複数の異なるアクチュエータで構成されてもよい。

【0020】

ハンドル部２２２４は、機械的な手動ハンドルで構成され、例えば、作業者によって操作される。

【0021】

手動ハンドル制御部１１１は、パルス生成部２２２１から出力されたパルス信号を受け付ける。そして、手動ハンドル制御部１１１は、パルス信号に基づいて工作機械２の軸の移動指令をサーボアンプ１３へ送信する。

【0022】

動作定義部１１２は、手動ハンドル２２２において生成されるハプティックフィードバックを定義する動作定義データを設定する。動作定義データは、所定の機能と、プログラム実行状態と、ハプティックフィードバックの種別と、を関連付ける。動作定義データは、記憶部１２に記憶される。

【0023】

プログラム実行部１１３は、工作機械２の手動ハンドル２２２の回転に応じてプログラムを実行する所定の機能を有する。

【0024】

プログラム実行部１１３は、手動ハンドル２２２を正転させることによりプログラムの実行を順行させることができ、これに従って工作機械２の軸移動が順行する。一方、プログラム実行部１１３は、手動ハンドル２２２を逆転させることによりプログラムの実行を逆行させることができ、これに従って工作機械２の軸移動が逆行する。これにより、作業者は、作成したプログラムを修正及びチェックすることができる。また、手動ハンドル２２２の回転速度に同期した速度でプログラムを実行することができる。

【0025】

実行状態特定部１１４は、プログラムの実行状態を特定する。具体的には、実行状態特定部１１４は、実行中のプログラムがどのような実行状態であるかを特定する。例えば、所定の機能が手動ハンドルリトレース機能である場合、実行状態特定部１１４は、プログラムの実行中ブロックやブロック終点を特定する。また、実行状態特定部１１４は、プログラムのブロックの指令速度を特定してもよい。

【0026】

選択部１１５は、動作定義データ、所定の機能及びプログラムの実行状態に基づいて、ハプティックフィードバックの種別を選択する。例えば、選択部１１５は、実行中ブロックとブロック終点の情報から、動作定義データにおいて所定の機能及びプログラム終点と関連付けられるデテントのような抵抗触覚を、ハプティックフィードバックの種別として選択する。

【0027】

パラメータ決定部１１６は、選択部１１５により選択されたハプティックフィードバックの種別に基づいて、ハプティックフィードバックに関するパラメータを決定する。ここで、ハプティックフィードバックの種別は、ハプティックフィードバックに関するパラメータと関連付けられる。ハプティックフィードバックの種別及びハプティックフィードバックに関するパラメータは、記憶部１２に記憶された情報とプログラム実行状態に基づいて決定される。

【0028】

ハプティックフィードバックに関するパラメータは、ハプティックフィードバックの大きさ、方向、周波数、持続期間、振幅、強度、密度等を含む。

【0029】

ハプティック制御部１１７は、所定の機能及びプログラムの実行状態に基づいて、前記手動ハンドルにおいてハプティックフィードバックを生成させる。具体的には、ハプティック制御部は、所定の機能及びプログラムの実行状態に基づいて、パラメータ決定部１１６により決定されたパラメータを用いて制御信号を生成し、制御信号をドライバ２２２２へ通知する。これにより、ハプティック制御部１１７は、手動ハンドル２２２においてハプティックフィードバックを生成させる。

【0030】

図２は、プログラム実行状態の例を示す図である。図２の例は、所定機能が手動ハンドルリトレース機能の場合のプログラム実行状態を示す。図２に示すように、実行状態特定部１１４が、プログラムのブロック１、２及び３の各終点Ａ、Ｂ及びＣを特定した場合、選択部１１５は、動作定義データにおいて手動ハンドルリトレース機能及びプログラム終点と関連付けられるデテントのような抵抗触覚を、ハプティックフィードバックの種別として選択する。

【0031】

そして、パラメータ決定部１１６は、選択部１１５により選択されたハプティックフィードバックの種別に基づいて、ハプティックフィードバックに関するパラメータを決定する。ハプティック制御部１１７は、決定されたパラメータを用いて、デテントのような抵抗触覚をハプティックフィードバックにより生成する。

【0032】

例えば、図２の例示的な制御信号Ｍに示すように、ハプティック制御部１１７は、終点Ａ、Ｂ及びＣにおいて抵抗触覚が減少するようにハプティックフィードバックの抵抗触覚を変更する。また、ハプティック制御部１１７は、終点Ａ、Ｂ及びＣ以外において、抵抗触覚が、終点Ａ、Ｂ及びＣよりも大きくなるようにハプティックフィードバックの抵抗触覚を変更する。

【0033】

このようにプログラムのブロックの終点において抵抗感覚を減少するようにハプティックフィードバックを生成することにより、作業者は、プログラムの実行状態を直感的に把握することができる。

【0034】

図３は、プログラム実行状態の例を示す図である。図３の例は、所定機能が手動ハンドルリトレース機能の場合のプログラム実行状態を示す。図３に示すように、実行状態特定部１１４が、プログラムのブロックの指令速度を特定した場合、選択部１１５は、動作定義データにおいて手動ハンドルリトレース機能及びプログラムのブロックの指令速度と関連付けられる抵抗触覚を、ハプティックフィードバックの種別として選択する。

【0035】

そして、パラメータ決定部１１６は、選択部１１５により選択されたハプティックフィードバックの種別に基づいて、ハプティックフィードバックに関するパラメータを決定する。ハプティック制御部１１７は、決定されたパラメータを用いて、指令速度に応じた抵抗触覚をハプティックフィードバックにより生成する。

【0036】

例えば、図３の例示的な制御信号Ｎに示すように、プログラムのブロック１では、指令速度は、Ｆ５００であり、比較的早い速度である。この場合、ハプティック制御部１１７は、ハプティックフィードバックの抵抗触覚が比較的小さくなるようにハプティックフィードバックの抵抗触覚を変更する。
プログラムのブロック２では、指令速度は、Ｆ２００であり、ブロック１よりも遅い速度である。この場合、ハプティック制御部１１７は、ハプティックフィードバックの抵抗触覚がブロック１よりも大きくなるようにハプティックフィードバックの抵抗触覚を変更する。

【0037】

プログラムのブロック３では、指令速度は、Ｆ３００であり、ブロック１よりも早く、かつブロック２よりも遅い速度である。この場合、ハプティック制御部１１７は、ハプティックフィードバックの抵抗触覚がブロック１よりも大きく、かつブロック２よりも小さくなるようにハプティックフィードバックの抵抗触覚を変更する。
プログラムのブロック４では、指令速度は、Ｆ５００であり、ブロック１と同一である。この場合、ハプティック制御部１１７は、ブロック１と同一の抵抗触覚となるようにハプティックフィードバックの抵抗触覚を変更する。

【0038】

このようにプログラムのブロックの指令速度が早い場合には、ハプティックフィードバックの抵抗触覚を小さくし、プログラムのブロックの指令速度が遅い場合には、ハプティックフィードバックの抵抗触覚を大きくする。これにより、作業者は、プログラムのブロックの指令速度を直感的に把握することができる。

【0039】

なお、上述した実施形態では、プログラムのブロックの指令速度が早い場合には、ハプティックフィードバックの抵抗触覚を小さくし、プログラムのブロックの指令速度が遅い場合には、ハプティックフィードバックの抵抗触覚を大きくしたが、プログラムのブロックの指令速度が早い場合には、ハプティックフィードバックの抵抗触覚を大きくし、プログラムのブロックの指令速度が遅い場合には、ハプティックフィードバックの抵抗触覚を小さくしてもよい。また、ハプティック制御部１１７は、上述したハプティックフィードバックの態様に代えて、手動ハンドル２２２の特定の位置をユーザが識別可能な他の態様のハプティックフィードバックを生成してもよい。

【0040】

図４は、数値制御装置１の処理の流れを示すフローチャートである。
ステップＳ１において、動作定義部１１２は、手動ハンドル２２２において生成されるハプティックフィードバックを定義する動作定義データを設定する。
ステップＳ２において、プログラム実行部１１３は、所定の機能において、工作機械２の手動ハンドル２２２の回転に応じてプログラムを実行する。

【0041】

ステップＳ３において、実行状態特定部１１４は、実行中のプログラムの実行状態を特定する。
ステップＳ４において、選択部１１５は、動作定義データ、所定の機能及びプログラムの実行状態に基づいて、ハプティックフィードバックの種別を選択する。

【0042】

ステップＳ５において、パラメータ決定部１１６は、選択部１１５により選択されたハプティックフィードバックの種別に基づいて、ハプティックフィードバックに関するパラメータを決定する。
ステップＳ６において、ハプティック制御部１１７は、パラメータ決定部１１６により決定されたパラメータを用いて制御信号を生成し、制御信号をドライバ２２２２へ通知する。

【0043】

ステップＳ７において、ドライバ２２２２は、制御部１１のハプティック制御部１１７から制御信号を受け付け、ハプティックフィードバックを生成するための駆動信号をアクチュエータ２２２３へ出力する。そして、アクチュエータ２２２３は、ドライバ２２２２からの駆動信号によって駆動され、ハプティックフィードバックを生成する。

【0044】

以上説明したように、本実施形態によれば、プログラムに基づいて工作機械２を制御する数値制御装置１は、工作機械２の手動ハンドル２２２の回転に応じてプログラムを実行する所定の機能を有するプログラム実行部１１３と、プログラムの実行状態を特定する実行状態特定部１１４と、所定の機能及びプログラムの実行状態に基づいて、手動ハンドル２２２においてハプティックフィードバックを生成させるハプティック制御部１１７と、を備える。このように手動ハンドル２２２においてハプティックフィードバックを生成させることにより、作業者は、プログラムの実行状態を直感的に把握することができる。

【0045】

また、ハプティック制御部１１７は、プログラムのブロックの終点においてハプティックフィードバックの抵抗触覚を変更させる。これにより、作業者は、プログラムのブロックの終点を直感的に把握することができる。

【0046】

また、ハプティック制御部１１７は、プログラムの指令速度に応じてハプティックフィードバックを変更させる。これにより、作業者は、プログラムの指令速度を直感的に把握することができる。

【0047】

また、所定の機能は、手動ハンドルリトレース機能又はハンドル同期送り機能を含む。これにより、作業者は、これらの機能においてプログラムの実行状態を直感的に把握することができる。

【0048】

また、数値制御装置１は、手動ハンドル２２２に対して出力されるハプティックフィードバックを定義する動作定義データを設定する動作定義部１１２と、動作定義データ、所定の機能及びプログラムの実行状態に基づいて、ハプティックフィードバックの種別を選択する選択部１１５と、ハプティックフィードバックの種別に基づいて、ハプティックフィードバックに関するパラメータを決定するパラメータ決定部１１６と、を更に備え、ハプティック制御部１１７は、パラメータを用いて手動ハンドル２２２にハプティックフィードバックを生成させる。これにより、数値制御装置１は、手動ハンドル２２２においてハプティックフィードバックを適切に生成させることができる。

【0049】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限るものではない。また、本実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

【符号の説明】

【0050】

１ 数値制御装置
２ 工作機械
１１ 制御部
１２ 記憶部
１３ サーボアンプ
１４ ＰＬＣ
２１ サーボモータ
２２ 機械操作盤
１１１ 手動ハンドル制御部
１１２ 動作定義部
１１３ プログラム実行部
１１４ 実行状態特定部
１１５ 選択部
１１６ パラメータ決定部
１１７ ハプティック制御部
２２１ ボタン及びスイッチ
２２２ 手動ハンドル
２２２１ パルス生成部
２２２２ ドライバ
２２２３ アクチュエータ
２２２４ ハンドル部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】