CN105527924A - 时间序列数据显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种时间序列数据显示装置，其根据位置反馈数据计算驱动轴上的移动点的时间序列的位置数据，根据位置指令数据生成机械端的指令移动轨迹，根据实际位置数据生成机械端的实际移动轨迹，计算与指令移动轨迹垂直且经过移动点的直线和实际移动轨迹的交点即机械端的位置数据，将机械端的位置数据转换为与驱动轴对应的位置数据，显示时间序列的位置反馈数据和时间序列的位置数据。

Description

时间序列数据显示装置

技术领域

本发明涉及将点序列数据转换为驱动轴的时间序列数据来进行显示的时间序列数据显示装置。

背景技术

目前已知一种装置，其将从数值控制装置取得的伺服信息的时间序列数据的波形重叠显示在相同的显示框内(例如参照日本特开2003-75472号公报)。在该日本特开2003-75472号公报记载的装置中，将从数值控制装置得到的当前的伺服信息的波形与从数值控制装置得到的过去的伺服信息的波形以使时间轴一致的方式重叠显示在相同的显示框内。

其中，在例如通过数值控制装置控制的机床中，通过各个测量器测量机械端(工具前端点等)的位置和驱动机械端的驱动轴的位置(位置反馈数据)。因此，为了适当地进行伺服调整，优选将机械端的点序列数据(位置数据)转换为驱动轴的位置数据，通过时间序列可对比地显示变换后的位置数据和驱动轴的位置反馈数据。

发明内容

作为本发明的一个方式的时间序列数据显示装置具备：位置反馈数据取得部，其通过预定的采样周期取得通过伺服电动机驱动的驱动轴的位置反馈数据，即通过第一测量器得到的位置反馈数据。时间序列数据显示装置具备指令数据取得部，其从数值控制装置取得针对通过驱动轴的驱动进行移动的机械端的位置指令数据。时间序列数据显示装置具备位置数据取得部，其通过预定的采样周期取得通过第二测量器得到的机械端的实际位置数据。时间序列数据显示装置具备驱动轴位置计算部，其根据通过位置反馈数据取得部取得的位置反馈数据计算驱动轴上的移动点的时间序列的位置数据。时间序列数据显示装置具备指令轨迹生成部，其根据通过位置数据取得部取得的针对机械端的时间序列的位置指令数据生成机械端的指令移动轨迹。时间序列数据显示装置具备实际轨迹生成部，其根据通过位置数据取得部取得的机械端的时间序列的实际位置数据生成机械端的实际移动轨迹。时间序列数据显示装置具备机械端位置计算部，其计算与指令轨迹生成部生成的指令移动轨迹垂直并且经过由驱动轴位置计算部计算出的位置数据表示的移动点的直线与实际轨迹生成部生成的实际移动轨迹的交点即机械端的位置数据。时间序列数据显示装置具备位置数据转换部，其将机械端位置计算部计算出的机械端的位置数据转换为与驱动轴对应的位置数据。时间序列数据显示装置具备显示部，其通过相互相同的显示方式显示位置反馈数据取得部取得的时间序列的位置反馈数据和位置数据转换部进行转换后的时间序列的位置数据。

附图说明

通过与附图关联地说明以下的实施方式，本发明的目的、特征以及优点能够更加明确。在该附图中，

图1是表示本发明的实施方式的时间序列数据显示装置的整体结构的框图。

图2是表示在本发明的实施方式的时间序列数据显示装置中应用的机床的主要部分结构的平面图。

图3是表示实际位置数据和位置反馈数据的关系的图。

图4是表示通过图1的时间序列数据显示装置执行的处理的一例的流程图。

图5是说明图1的时间序列数据显示装置的动作的图。

图6是表示通过图1的显示部的处理进行显示的显示画面的一例的图。

图7是表示图6的变形例的图。

具体实施方式

以下，参照图1～图7说明本发明的实施方式的时间序列数据显示装置。本发明实施方式的时间序列数据显示装置1例如用于通过数值控制装置2进行控制的机床3。图1是表示本发明的实施方式的时间序列数据显示装置1的整体结构的框图。图2是表示机床3的主要部分结构的平面图。

如图2所示，机床3具有沿着X轴方向延伸的滚珠丝杠31、沿着Y轴方向延伸的滚珠丝杠32、使滚珠丝杠31旋转的X轴用伺服电动机33、使滚珠丝杠32旋转的Y轴用伺服电动机34以及安装有未图示的工件的工作台35。各个滚珠丝杠31、32分别与未图示的螺母进行螺合，各螺母分别被固定在工作台35的底部。由此，如果伺服电动机33、34进行驱动，则螺母沿着滚珠丝杠31、32移动。工作台35根据伺服电动机33、34的旋转量在XY方向移动。另外，虽然省略了图示，但在工作台35的上方与工作台35相向地配置了工具。工具一边相对于工作台35进行相对移动一边加工工件。

各个伺服电动机33、34内置了旋转量检测器33a、34a(例如旋转编码器)。旋转量检测器33a、34a作为第一测量器发挥功能。通过旋转量检测器33a、34a能够按照预定的采样周期Δt1检测滚珠丝杠31、32(驱动轴)的旋转量即螺母的位置。另外，也可以代替旋转量检测器33a、34a，而与滚珠丝杠31、32相向地设置标尺36、37(线性标尺)。这时，标尺36、37作为第一测量器发挥功能。标尺36、37能够检测驱动轴上的螺母的位置。如图1所示，伺服电动机33、34与数值控制装置2连接，把旋转量检测器33a、34a检测出的位置数据作为位置反馈数据输入到数值控制装置2。

数值控制装置2将控制信号输出给伺服电动机33、34。更具体地说，数值控制装置2根据预先存储的加工程序，针对各伺服电动机33、34输出工作台35上的位置指令点P(机械端)的移动指令，并且根据来自旋转量检测器33a、34a的反馈信号对伺服电动机33、34进行反馈控制。位置指令点P如图2所示，例如是工作台35的中心点，在加工程序中通过预定的格式(G代码等)存储了包含位置指令点P的坐标值的各驱动轴的时间序列的位置指令数据。

例如如图3所示那样，作为波形状的数据赋予输出给各伺服电动机33、34的位置指令。由此，工作台35如图2的箭头A那样重复进行圆运动，位置指令点P沿着圆进行移动。在图2中，将工作台35的中心点设为位置指令点P，不过也可将工具的位置(例如工具前端部)设为位置指令点P。

如图1所示，在机床3中与工作台35面对地设置了测定器4。测定器4作为第2测量器发挥功能。通过测定器4测量位置指令点P的位置。能够将交叉光栅标尺和球杆等用于测定器4。例如，在为球杆时，在开始加工程序后，如果压入球杆则开始位置测量，以后以预定的采样周期Δt2重复位置测量。由此，按照时间序列取得位置指令点P的坐标数据(实际位置数据)。能够将测定器4的位置数据分解为驱动轴的各成分(X轴成分、Y轴成分等)。

图3是表示由测定器4取得的X轴成分的时间序列的实际位置数据和由旋转量检测器33a取得的X轴成分的时间序列的位置反馈数据的图。图3的圆圈标记是实际位置数据，三角标记是位置反馈数据。实际位置数据和位置反馈数据与位置指令数据对应地分别如实线和虚线所示那样正弦波状地进行变化。

位置反馈数据和实际位置数据由相互不同的测量器取得。因此，如图3所示，位置反馈数据的测定开始时刻t1和实际位置数据的测定开始时刻t2、位置反馈数据的采样周期Δt1和实际位置数据的采样周期Δt2相互不同。因此，位置反馈数据和实际位置数据的比较是困难的，难以恰当地进行伺服电动机33、34的伺服调整。因此，在本实施方式中，如以下那样构成时间序列数据显示装置1从而能够对比地显示这些数据。

时间序列数据显示装置1包含运算处理装置，该运算处理装置具有CPU(CentralProcessingUnit中央处理单元)、ROM(ReadOnlyMemory只读存储器)、RAM(RandomAccessMemory随机存取存储器)以及其他***电路。如图1所示，时间序列数据显示装置1具有作为功能结构的位置反馈数据取得部11、指令数据取得部12、位置数据取得部13、驱动轴位置计算部14、指令轨迹生成部15、实际轨迹生成部16、机械端位置计算部17、位置数据转换部18以及显示部19。

图4是表示通过时间序列数据显示装置1执行的处理的一例的流程图。使用该流程图说明时间序列数据显示装置1的各部的结构。以下，如图2所示，数值控制装置2按照加工程序向X轴用伺服电动机33以及Y轴用伺服电动机34分别输出相位相差90°的正弦波的位置指令，使位置指令点P圆状地进行动作。

在步骤S1中，位置反馈数据取得部11经由数值控制装置2取得通过旋转量检测器33a、34a得到的时间序列的位置反馈数据即每个预定的采样周期Δt1的位置反馈数据。另外，在代替旋转量检测器33a、34a而设置了位置反馈用标尺36、37时，位置反馈数据取得部11经由数值控制装置2取得通过标尺36、37得到的时间序列的位置反馈数据。

在步骤S2中，指令数据取得部12从数值控制装置2取得针对位置指令点P(机械端)的时间序列的位置指令数据(位置指令坐标值)。通过与位置反馈数据相同的周期Δt1取得位置指令数据。这里，第k个位置指令数据是从测量开始经过k·Δt1秒后的数据，通过(PcXk(k·Δt1)，PcYk(k·Δt1))表示该数据。

数值控制装置2在输出不是针对机械端的位置指令而是针对各驱动轴(X轴、Y轴)的位置指令的情况下，指令数据取得部12从数值控制装置2取得该位置指令数据。并且，指令数据取得部12根据针对驱动轴的位置指令数据和机械结构的信息，取得针对机械端的位置指令数据。机械结构的信息包括工件坐标系的原点、伺服电动机33和34每旋转一周的工作台35的移动量以及轴结构等的信息，将这些信息预先存储在数值控制装置2或时间序列数据显示装置1中。

在步骤S3中，位置数据取得部13取得通过测定器4测量到的位置指令点P的时间序列的位置数据(实际位置数据)即作为每个预定的采样周期Δt2的点序列数据的实际位置数据。通过(PmXk(k·Δt2)，PmYk(k·Δt2))表示第k个实际位置数据。

在步骤S4中，驱动轴位置计算部14根据在步骤S1取得的位置反馈数据和预先存储的机械结构的信息计算与机械端对应的驱动轴上的点(移动点)的时间序列的位置数据。移动点例如是工作台35上的位置指令点P的位置。通过与位置反馈数据相同的周期Δt1计算移动点的位置数据，并通过(PfXk(k·Δt1)，PfYk(k·Δt1))来表示。另外，在代替旋转量检测器33a、34a而设置标尺36、37时，不使用机械机构的信息也能够根据位置反馈数据直接计算出移动点的时间序列的位置数据。

在步骤S5中，指令轨迹生成部15根据在步骤S2取得的时间序列的位置指令数据，生成位置指令点P(机械端)的移动轨迹即指令移动轨迹。图5是说明XY平面上的指令移动轨迹PA1的一例的图。在本实施方式中，为了使工作台35进行圆运动而从数值控制装置2输出位置指令，因此指令移动轨迹PA1成为以原点P0为中心的圆。另外，在图5中，分别通过Pc1、Pc2、Pc3表示第一个、第二个、第三个位置指令点P的位置。

在步骤S6中，实际轨迹生成部16根据在步骤S3取得的机械端的时间序列的实际位置数据生成机械端的移动轨迹即实际移动轨迹PA2。图5的Pm1、Pm2、Pm3、Pm4表示第一个、第二个、第三个、第四个实际位置数据。例如使用以下的公式(I)通过一次近似直线在相邻的实际位置数据之间即第k-1个实际位置数据(PmXk-1，PmYk-1)和第k个实际位置数据(PmXk，PmYk)之间进行插值，由此得到实际移动轨迹PA2的坐标(PmX、PmY)。

$PmY=\frac{{\mathrm{PmY}}_{k-1}-{\mathrm{PmY}}_k}{{\mathrm{PmX}}_{k-1}-{\mathrm{PmX}}_k}(PmX-{\mathrm{PmX}}_k)+{\mathrm{PmY}}_k...\left(I\right)$

在步骤S7中，机械端位置计算部17计算与在步骤S5计算出的指令移动轨迹PA1垂直并且经过在步骤S4中计算出的位置数据所表示的移动点的直线。图5的Pf1、Pf2、Pf3表示在步骤S4计算出的位置数据所表示的第一个、第二个、第三个移动点。在步骤S7，机械端位置计算部17首先计算与经过各移动点Pf1、Pf2、Pf3的指令移动轨迹垂直的直线L1、L2、L3。

接着，机械端位置计算部17计算这些直线L1、L2、L3和在步骤S6生成的实际移动轨迹PA2的交点Pma1、Pma2、Pma3的坐标即机械端的位置数据。计算出的位置数据是与通过位置反馈数据得到的移动点Pf1、Pf2、Pf3相同时刻的位置数据，与移动点的位置数据对应。因此，第一个位置数据是旋转量检测器33a、34a在测定开始时刻t1(参照图3)的数据。另外，使用与位置反馈相同的采样周期Δt1通过(PmaXk(k·Δt1)，PmaYk(k·Δt1))表示机械端的第k个位置数据。

在步骤S8中，位置数据转换部18使用机械结构的信息将在步骤S7计算出的机械端的位置数据(PmaXk(k·Δt1)，PmaYk(k·Δt1))转换为与各驱动轴(X轴、Y轴)对应的位置数据。在本实施方式中，机械结构是XY正交2轴的结构，机械端(位置指令点P)沿着圆移动，因此与X轴对应的位置数据是PmaXk(k·Δt1)，与Y轴对应的位置数据成为PmaYk(k·Δt1)。

在步骤S9中，显示部19将在步骤S1取得的各驱动轴的时间序列的位置反馈数据和在步骤S8转换后的各驱动轴的时间序列的位置数据以相互相同的显示方式显示在监视器上。图6是表示显示在监视器上的显示画面的一例的图。图中，例如用三角标记表示X轴的位置反馈数据，用圆圈标记表示在步骤S8计算出的与X轴对应的位置数据。如图6所示，计算出的位置数据的测定开始时刻是t1，采样周期成为Δt1，位置反馈数据和位置数据作为相互相同时刻的数据以时间序列重叠显示在相同的图表上。

由此，能够针对每个驱动轴评价调整伺服电动机的时间常数和增益等参数时对机械端的影响，能够恰当地进行电动机的伺服调整。即，能够推定位置反馈数据和位置数据的偏差是由于参数的设定引起的，还是由于电动机、滚珠丝杠、螺母等机构部的传输特性引起的。例如，在即使变更参数也不会消除两者的偏差的情况下，能够推定原因在于机构部的传输特性。

这样，本实施方式的时间序列数据显示装置1具备位置反馈数据取得部11，其按照采样周期Δt1取得通过伺服电动机33、34驱动的驱动轴的位置反馈数据，即由旋转量检测器33a、34a或标尺36、37得到的位置反馈数据。时间序列数据显示装置1具备指令数据取得部12，其从数值控制装置2取得针对通过驱动轴的驱动进行移动的机械端(位置指令点P)的位置指令数据。时间序列数据显示装置1具备位置数据取得部13，其按照采样周期Δt2取得通过测量器4得到的机械端的实际位置数据。时间序列数据显示装置1具备驱动轴位置计算部14，其根据位置反馈数据取得部11取得的位置反馈数据计算驱动轴上的移动点的时间序列的位置数据。时间序列数据显示装置1具备指令轨迹生成部15，其根据位置数据取得部12取得的针对机械端的时间序列的位置指令数据生成机械端的指令移动轨迹PA1。时间序列数据显示装置1具备实际轨迹生成部16，其根据位置数据取得部13取得的机械端的时间序列的实际位置数据生成机械端的实际移动轨迹PA2。时间序列数据显示装置1具备机械端位置计算部17，其计算与指令轨迹生成部15生成的指令移动轨迹PA1垂直并且经过驱动轴位置计算部14计算出的位置数据所表示的移动点的直线L1～L3与实际轨迹生成部16生成的实际移动轨迹PA2的交点即机械端的位置数据。时间序列数据显示装置1具备位置数据转换部18，其将通过机械端位置计算部17计算出的机械端的位置数据转换为与驱动轴对应的位置数据。时间序列数据显示装置1具备显示部19，其通过相互相同的显示方式显示通过位置反馈数据取得部11取得的时间序列的位置反馈数据和通过位置数据转换部18进行转换后的时间序列的位置数据。根据该结构，能够通过时间序列可对比地显示与机械端的各驱动轴对应的位置数据和各驱动轴的位置反馈数据，能够恰当地进行伺服调整。

另外，在上述实施方式中，通过显示部19的处理能够在监视器中可对比地显示通过位置反馈数据取得部11取得的时间序列的位置反馈数据和通过位置数据转换部18转换后的时间序列的位置数据，不过还可以在监视器上同时显示通过指令数据取得部12取得的时间序列的位置指令数据。

图7是表示其一例的图。图中，用三角标记表示X轴的位置反馈数据，用圆圈标记表示在步骤S8计算出的与X轴对应的位置数据。并且，通过黑圈表示位置指令数据。由此能够比较相同时刻的位置数据和位置指令数据，能够适当地进行伺服调整，使得位置数据与位置指令数据一致。结果，能够改善工件的加工精度。

指令数据取得部12在从数值控制装置2取得针对机械端的位置指令数据时(步骤S2)，从数值控制装置2取得针对各驱动轴的位置指令数据，根据该位置指令数据和机械结构的信息计算针对机械端的位置指令数据，由此还可以取得位置指令数据。即，指令数据取得部12从数值控制装置2不直接取得针对机械端的位置指令数据，而是使用针对各驱动轴的位置指令数据计算针对机械端的位置指令数据。

在上述实施方式中，通过实际轨迹生成部16的处理，通过直线在时间序列的机械端的实际位置数据间进行插值来生成实际移动轨迹(公式(I))，不过也能够使用多项式在时间序列的机械端的位置数据间进行插值来生成实际移动轨迹。作为这时的多项式，例如能够使用以下公式(II)。

$\begin{array}{c}Y=Y_0\frac{(X-X_1)(X-X_2)}{(X_0-X_1)(X_0-X_2)}+Y_1\frac{(X-X_0)(X-X_2)}{(X_1-X_0)(X_1-X_2)}+Y_2\frac{(X-X_0)(X-X_1)}{(X_2-X_0)(X_2-X_1)}\\ =(\frac{Y_0}{(X_0-X_1)(X_0-X_2)}+\frac{Y_1}{(X_1-X_0)(X_1-X_2)}+\frac{Y_2}{(X_2-X_0)(X_2-X_1)})\×X^2+\\ 2\×(\frac{Y_0}{(X_0-X_1)(X_0-X_2)}+\frac{Y_1}{(X_1-X_0)(X_1-X_2)}+\frac{Y_2}{(X_2-X_0)(X_2-X_1)})\×(X_0+X_1+X_2)\×X+\\ (\frac{Y_0}{(X_0-X_1)(X_0-X_2)}+\frac{Y_1}{(X_1-X_0)(X_1-X_2)}+\frac{Y_2}{(X_2-X_0)(X_2-X_1)})\×(X_1{X}_2+X_0{X}_2+X_0{X}_1)\mathrm{...}\end{array}---\left(II\right)$

在上述实施方式中，通过旋转量监测器33a、34a或者标尺36、37取得位置反馈数据，不过第一测量器的结构不限于此。在上述实施方式中，通过测定器4取得了机械端的实际位置数据，但第二测量器的结构也不限于此。如果是具有由数值控制装置进行控制的伺服电动机的机床，则本发明能够同样应用于上述以外的机床。

根据本发明，能够对比地显示与机械端的驱动轴对应的位置数据和驱动轴的位置反馈数据，所以能够容易且恰当地进行伺服调整。

以上的说明只是一例，只要不损害本发明的特征，不会通过上述的实施方式以及变形例限定本发明。在上述实施方式以及变形例的结构要素中包括在维持发明的同一性的同时显而易见能够置换的要素。即，关于在本发明的技术思想的范围内考虑的其他方式也包括在本发明的范围内。另外，也能够任意地组合上述实施方式和变形例的一个或多个。

Claims (5)

1.一种时间序列数据显示装置，其特征在于，具备：

位置反馈数据取得部，其按照预定的采样周期取得通过伺服电动机驱动的驱动轴的位置反馈数据，即通过第一测量器得到的位置反馈数据；

指令数据取得部，其从数值控制装置取得针对通过上述驱动轴的驱动进行移动的机械端的位置指令数据；

位置数据取得部，其按照预定的采样周期取得通过第二测量器得到的上述机械端的实际位置数据；

驱动轴位置计算部，其根据通过上述位置反馈数据取得部取得的上述位置反馈数据计算上述驱动轴上的移动点的时间序列的位置数据；

指令轨迹生成部，其根据通过上述指令数据取得部取得的针对上述机械端的时间序列的上述位置指令数据生成上述机械端的指令移动轨迹；

实际轨迹生成部，其根据通过上述位置数据取得部取得的上述机械端的时间序列的实际位置数据生成上述机械端的实际移动轨迹；

机械端位置计算部，其计算与通过上述指令轨迹生成部生成的上述指令移动轨迹垂直并且经过由上述驱动轴位置计算部计算出的上述位置数据表示的上述移动点的直线与上述实际轨迹生成部生成的上述实际移动轨迹的交点即上述机械端的位置数据；

位置数据转换部，其将通过上述机械端位置计算部计算出的上述机械端的位置数据转换为与上述驱动轴对应的位置数据；以及

显示部，其通过相互相同的显示方式显示通过上述位置反馈数据取得部取得的时间序列的上述位置反馈数据和通过上述位置数据转换部进行转换后的时间序列的上述位置数据。

2.根据权利要求1所述的时间序列数据显示装置，其特征在于，

上述显示部除了显示上述位置反馈数据和上述位置数据以外，还同时显示通过上述指令数据取得部取得的时间序列的上述位置指令数据。

3.根据权利要求1或2所述的时间序列数据显示装置，其特征在于，

上述指令数据取得部从上述数值控制装置取得针对上述驱动轴的位置指令数据，根据针对上述驱动轴的位置指令数据和机械结构的信息，取得针对上述机械端的位置指令数据。

4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的时间序列数据显示装置，其特征在于，

上述实际轨迹生成部通过直线在上述机械端的时间序列的实际位置数据间进行插值来生成上述实际移动轨迹。

5.根据权利要求1～3中的任意一项所述的时间序列数据显示装置，其特征在于，

上述实际轨迹生成部使用多项式在上述机械端的时间序列的实际位置数据间进行插值来生成上述实际移动轨迹。