特許 7506149 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】 5

(21)【出願番号】P 2022501873

(86)(22)【出願日】2021-02-15

(86)【国際出願番号】 JP2021005488

(87)【国際公開番号】W WO2021166844

(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 2020027523

(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】国際公開第２００６／０５１５８１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００２－１９６８８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１１７２７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－０５７７３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０５０９５０（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】

手動ハンドルを有する工作機械を制御する数値制御装置であって、
前記数値制御装置又は前記工作機械の状態を特定する状態特定部と、
前記状態特定部により特定された前記数値制御装置又は前記工作機械の状態に基づいて、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及び前記数値制御装置又は前記工作機械の状態に基づいて、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、
を備え、
前記ハプティックフィードバックの種別は、トルク、振動触覚又は抵抗触覚の少なくともいずれかを含み、
前記ハプティック制御部は、前記パラメータを用いて、前記手動ハンドルのトルク、振動触覚又は抵抗触覚の少なくともいずれかを含む物理量が大きくなるように前記ハプティックフィードバックを生成させる、
数値制御装置。

【請求項2】

前記工作機械が複数の軸を有し、前記状態特定部は、前記複数の軸のうち、使用される軸の状態を前記数値制御装置の状態として特定し、
前記選択部は、前記使用される軸の状態と関連付けられる前記ハプティックフィードバックの種別を選択し、
前記ハプティック制御部は、前記使用される軸に関わる機構、治具、工具及びワークの重量が重い場合、又は前記使用される軸の危険度が高い場合、大きなトルク又は大きな抵抗触覚のハプティックフィードバックを生成させる、
請求項１に記載の数値制御装置。

【請求項3】

前記工作機械が計測用のプローブを有し、前記プローブから出力される信号は、外部信号として前記数値制御装置に入力され、前記状態特定部は、前記数値制御装置に入力される前記外部信号に基づいて前記数値制御装置の状態を特定し、
前記選択部は、前記プローブの接触と関連付けられる前記ハプティックフィードバックの種別を選択し、
前記ハプティック制御部は、前記手動ハンドルにおいて生成される大きな振動触覚、又は前記手動ハンドルの進行方向への抵抗触覚を最大にするハプティックフィードバックを生成させる、
請求項１に記載の数値制御装置。

【請求項4】

前記工作機械が、軸が移動限界にあることを示すリミットスイッチを有し、前記リミットスイッチを作動したときに出力される信号は、外部信号として前記数値制御装置に入力され、前記状態特定部は、前記数値制御装置に入力される前記外部信号に基づいて前記数値制御装置の状態を特定し、
前記選択部は、前記リミットスイッチの作動と関連付けられる前記ハプティックフィードバックの種別を選択し、
前記ハプティック制御部は、前記リミットスイッチを作動したとき、大きな振動触覚、又は前記手動ハンドルの進行方向への抵抗触覚を最大にするハプティックフィードバックを生成させる、
請求項１に記載の数値制御装置。

【請求項5】

前記工作機械が、切削工具によってワークを旋盤加工し、加工負荷は、加工条件から計算によって推定され、前記状態特定部は、推定された前記加工負荷を前記工作機械の状態として特定し、
前記選択部は、前記加工負荷と関連付けられる前記ハプティックフィードバックの種別を選択し、
前記ハプティック制御部は、前記加工負荷の大きさに応じて前記手動ハンドルの抵抗触覚又はトルクが大きくなるようにハプティックフィードバックを生成させる、
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】

しかし、このような工作機械及び工作機械を制御する数値制御装置は、工作機械又は数値制御装置の状態を作業者に対して直感的に感じ取らせることができず、作業効率が損なわれていた。そのため、工作機械又は数値制御装置の状態を作業者に対して直感的に感じ取らせることができ、作業効率を向上させることができる数値制御装置が望まれていた。

【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、手動ハンドルを有する工作機械を制御する数値制御装置であって、前記数値制御装置又は前記工作機械の状態を特定する状態特定部と、前記状態特定部により特定された前記数値制御装置又は前記工作機械の状態に基づいて、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、作業効率を向上させることができる。

【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】数値制御装置の状態の例を示す図である。

【図3】数値制御装置の状態の例を示す図である。

【図4】数値制御装置の状態の例を示す図である。

【図5】工作機械の状態の例を示す図である。

【図6】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、状態特定部１１３、選択部１１４、パラメータ決定部１１５及びハプティック制御部１１６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、数値制御装置１又は工作機械２の状態と、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】

状態特定部１１３は、数値制御装置１又は工作機械２の状態を特定する。具体的には、状態特定部１１３は、数値制御装置１の動作状態に基づいて数値制御装置１の状態を特定する。また、状態特定部１１３は、数値制御装置１に入力される外部信号に基づいて数値制御装置１の状態を特定してもよい。また、状態特定部１１３は、数値制御装置１の状態と数値制御装置に登録された機械情報に基づいて工作機械２の状態を特定してもよい。また、状態特定部１１３は、数値制御装置１の状態と加工理論等から導かれる関係式に基づいて工作機械２の状態を特定してもよい。

【0024】

選択部１１４は、動作定義データ及び数値制御装置１又は工作機械２の状態に基づいて、ハプティックフィードバックの種別を選択する。数値制御装置１又は工作機械２の状態の具体例は後述する。

【0025】

パラメータ決定部１１５は、選択部１１４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。

【0026】

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。

【0027】

ハプティック制御部１１６は、状態特定部１１３により特定された数値制御装置１又は工作機械２の状態に基づいて、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。具体的には、ハプティック制御部は、状態特定部１１３により特定された数値制御装置１又は工作機械２の状態に基づいて、パラメータ決定部１１５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１１６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。

【0028】

図２は、数値制御装置１の状態の例を示す図である。図２に示す例では、数値制御装置１は、手動ハンドル２２２の操作に応じて工作機械２の工具ＰやワークＭを移動させる。

【0029】

工作機械２が複数の軸を有する場合、状態特定部１１３は、複数の軸のうち、使用される軸の状態を数値制御装置１の動作状態として特定する。そして、選択部１１４は、使用される軸の状態と関連付けられるハプティックフィードバックの種別を選択する。

【0030】

例えば、使用される軸に関わる機構や治具、工具及びワークの重量が重い場合や、使用される軸の危険度が高い場合、使用される軸の状態と関連付けられるハプティックフィードバックの種別は、手動ハンドル２２２において生成されるトルク又は抵抗触覚であってもよい。そして、ハプティック制御部１１７は、使用される軸に関わる機構、治具、工具及びワークの重量が重い場合や、使用される軸の危険度が高い場合、大きなトルク又は大きな抵抗触覚のハプティックフィードバックを生成させてもよい。

【0031】

また、非常停止やサーボ系の準備完了前状態等のような軸移動ができない場合、使用される軸の状態と関連付けられるハプティックフィードバックの種別は、手動ハンドル２２２において生成されるトルクであってもよい。そして、ハプティック制御部１１７は、非常停止やサーボ系の準備完了前状態等のような軸移動ができない場合、手動ハンドル２２２を回転することが困難な程度の大きさのトルクのハプティックフィードバックを生成させてもよい。

【0032】

図３は、数値制御装置１の状態の例を示す図である。図３に示す例では、数値制御装置１は、計測用のプローブＱから出力される信号を受け付ける。

【0033】

取り付けられたワーク位置のずれ量を計測するために、工作機械２は、計測用のプローブＱを有する。この場合、計測用のプローブＱから出力される信号は、外部信号として数値制御装置１に入力される。そして、状態特定部１１３は、数値制御装置１に入力される外部信号に基づいて数値制御装置１の状態を特定する。

【0034】

例えば、状態特定部１１３は、プローブＱがワークＲ等のような物体に接触したことを示す接触信号（外部信号）が数値制御装置１に入力された場合、入力された接触信号に基づいて、プローブＱの接触を数値制御装置１の状態として特定する。

【0035】

選択部１１４は、プローブＱの接触と関連付けられるハプティックフィードバックの種別を選択する。例えば、プローブＱの接触と関連付けられるハプティックフィードバックの種別は、手動ハンドル２２２において生成される振動触覚又は抵抗触覚であってもよい。そして、ハプティック制御部１１７は、接触信号（外部信号）が数値制御装置１に入力された場合、手動ハンドル２２２において生成される大きな振動触覚又は手動ハンドル２２２の進行方向への抵抗触覚を最大にする等のハプティックフィードバックを生成させてもよい。

【0036】

図４は、数値制御装置１の状態の例を示す図である。図４に示す例では、数値制御装置１は、グリッド点又はリミットスイッチＳを作動したときに出力される信号を受け付ける。

【0037】

工作機械２は、軸がレファレンス点に復帰したことを示すグリッド点や、軸が移動限界にあることを示すリミットスイッチＳを有する。グリッド点又はリミットスイッチＳを作動したときに出力される信号は、外部信号として数値制御装置１に入力される。そして、状態特定部１１３は、数値制御装置１に入力される外部信号に基づいて数値制御装置１の状態を特定する。

【0038】

選択部１１４は、グリッド点又はリミットスイッチＳの作動と関連付けられるハプティックフィードバックの種別を選択する。例えば、グリッド点又はリミットスイッチの作動と関連付けられるハプティックフィードバックの種別は、手動ハンドル２２２において生成される振動触覚又は抵抗触覚であってもよい。そして、ハプティック制御部１１７は、、グリッド点又はリミットスイッチＳを作動したとき、大きな振動触覚又はハンドルの進行方向への抵抗触覚を最大にするハプティックフィードバックを生成させてもよい。

【0039】

図５は、工作機械２状態の例を示す図である。図５に示す例では、工作機械２は、切削工具ＵによってワークＴを旋盤加工する。このような工作機械２の旋盤加工において、加工負荷は、一般的に、主軸回転数等のような加工条件から計算によって推定することができる。

【0040】

状態特定部１１３は、推定された加工負荷を工作機械２の状態として特定する。選択部１１４は、加工負荷と関連付けられるハプティックフィードバックの種別を選択する。例えば、加工負荷と関連付けられるハプティックフィードバックの種別は、手動ハンドル２２２において生成されるトルク又は抵抗触覚であってもよい。そして、ハプティック制御部１１７は、加工負荷の大きさに応じて手動ハンドル２２２の抵抗触覚又はトルクが大きくなるようにハプティックフィードバックを生成させてもよい。

【0041】

図６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、状態特定部１１３は、数値制御装置１又は工作機械２の状態を特定する。

【0042】

ステップＳ３において、選択部１１４は、動作定義データ及び数値制御装置１又は工作機械２の状態に基づいて、ハプティックフィードバックの種別を選択する。
ステップＳ４において、パラメータ決定部１１５は、選択部１１４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。

【0043】

ステップＳ５において、ハプティック制御部１１６は、パラメータ決定部１１５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。

【0044】

ステップＳ６において、ドライバ２２２２は、制御部１１のハプティック制御部１１６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。

【0045】

以上説明したように、本実施形態によれば、手動ハンドル２２２を有する工作機械２を制御する数値制御装置１は、数値制御装置１又は工作機械２の状態を特定する状態特定部１１３と、状態特定部１１３により特定された数値制御装置１又は工作機械２の状態に基づいて、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１１６と、を備える。このように数値制御装置１は、数値制御装置１又は工作機械２の状態に基づいて、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ことにより、工作機械又は数値制御装置の状態を作業者に対して直感的に感じ取らせることができ、作業効率を向上させることができる。

【0046】

また、状態特定部１１３は、数値制御装置１の動作状態に基づいて数値制御装置１の状態を特定する。これにより、数値制御装置１は、数値制御装置１の動作状態を作業者に対して直感的に感じ取らせることができ、作業効率を向上させることができる。

【0047】

また、状態特定部１１３は、数値制御装置１に入力される外部信号に基づいて数値制御装置１の状態を特定する。これにより、数値制御装置１は、数値制御装置１に入力される外部信号を作業者に対して直感的に感じ取らせることができ、作業効率を向上させることができる。

【0048】

また、状態特定部１１３は、数値制御装置１の状態と数値制御装置１に登録された機械情報に基づいて工作機械２の状態を特定する。これにより、数値制御装置１は、数値制御装置１の状態を作業者に対して直感的に感じ取らせることができ、作業効率を向上させることができる。

【0049】

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、動作定義データ及び数値制御装置１又は工作機械２の状態に基づいて、ハプティックフィードバックの種別を選択する選択部１１４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１１５と、を更に備え、ハプティック制御部１１６は、パラメータを用いて手動ハンドル２２２においてハプティックフィードバックを生成させる。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。

【0050】

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】

【0051】

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
２２ 機械操作盤
１１１ 手動ハンドル制御部
１１２ 動作定義部
１１３ 状態特定部
１１４ 選択部
１１５ パラメータ決定部
１１６ 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】

【図5】

【図6】