DE102017011589B4

DE102017011589B4 - Bildanzeigevorrichtung zum Anzeigen einer Temperaturverteilung einer Maschine

Info

Publication number: DE102017011589B4
Application number: DE102017011589.3A
Authority: DE
Inventors: Akio HIRAMATSU
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2016-12-21
Filing date: 2017-12-14
Publication date: 2020-02-13
Anticipated expiration: 2037-12-15
Also published as: CN108225566B; JP2018101348A; US10451485B2; CN108225566A; JP6392839B2; US20180172518A1; DE102017011589A1

Abstract

Bildanzeigevorrichtung (100), die eine Temperaturverteilung einer Maschine (1) anzeigt und umfasst:- eine Bearbeitungsinformationseingabeeinheit (10), die Bearbeitungsinformationen erfasst, die eine durch die Maschine (1) durchgeführte Bearbeitung betreffen;- eine Simulationsanimationserzeugungseinheit (30), die durch Durchführen einer einen Bearbeitungszustand der Maschine (1) darstellenden dreidimensionalen Bearbeitungssimulation basierend auf den Bearbeitungsinformationen eine dreidimensionale Simulationsanimation erzeugt;- eine Temperaturverteilungsdateneingabeeinheit (20), die Temperaturverteilungsdaten erfasst, die einen Zustand einer Temperaturverteilung der Maschine (1) darstellen;- eine Temperaturverteilungsbilderzeugungseinheit (40), die basierend auf den Temperaturverteilungsdaten ein Temperaturverteilungsbild erzeugt;- eine Bildsyntheseeinheit (50), die ein Bild erzeugt, das durch Synthetisieren des Temperaturverteilungsbildes und eines anhand der dreidimensionalen Simulationsanimation erzeugten Projektionsbildes erhalten wird; und- eine Bildanzeigeeinheit (60), die das durch die Bildsyntheseeinheit (50) erzeugte Bild anzeigt.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bildanzeigevorrichtung und im Besonderen eine Bildanzeigevorrichtung zum Überlagern und Anzeigen eines klaren Bildes eines Werkzeugs oder Werkstücks und eines Temperaturverteilungsbildes.
Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik
Bei einer Werkzeugmaschine oder Industriemaschine muss während einer Bearbeitung eine Temperatur eines Werkzeugs oder Werkstücks überwacht werden, um eine anomale Abnutzung oder Beschädigung des Werkzeugs zu verhindern oder eine gleichmäßige Bearbeitungsqualität sicherzustellen. Zu dieser Zeit ist es zum genaueren Bestimmen, ob eine Temperaturverteilung normal oder anomal ist, wichtiger, in der Nähe eines Bearbeitungskontaktpunkts zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück eine Temperaturverteilung mit einem klaren Temperaturgradienten zu erfassen. Da es zahlreiche Kombinationen des Werkzeugs und des Werkstücks gibt und die Temperaturverteilung dieser Kombinationen unbekannt ist, ist es ferner notwendig, eine Temperaturverteilung (eine als Bearbeitungskriterium verwendete Temperaturverteilung) in einem optimalen Bearbeitungszustand durch einen menschlichen Bediener visuell zu überprüfen. Aus diesem Grund ist es erwünscht, das Temperaturverteilungsbild so klar wie möglich ei nzustellen.
Daher gibt es ein Verfahren zum Überwachen der Temperatur des Werkzeugs oder Werkstücks unter Verwendung eines Temperatursensors, da es jedoch abhängig vom Werkzeug oder Werkstück in manchen Fällen schwierig ist, den Temperatursensor direkt anzubringen, wird eine Thermografieeinrichtung (eine Wärmebildmesseinrichtung) als kontaktloser Temperatursensor verwendet. Im Übrigen entsteht, da die Thermografieeinrichtung von einem Objekt emittierte Infrarotstrahlen misst, dahingehend ein Problem, dass eine Auflösung niedriger ist als die eines durch eine normale Kamera erhaltenen sichtbaren Bildes und kein klares Bild eines Überwachungsobjekts erhalten werden kann.
Als bekannte Technik zum Anzeigen der Temperaturverteilung des Werkzeugs und des Werkstücks unter Verwendung der Thermografieeinrichtung während der Bearbeitung des Werkstücks offenbart beispielsweise die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. JP H09-273 964 A eine Technik zum Überlagern und Anzeigen eines durch eine normale Kamera aufgenommenen Bildes und eines Temperaturverteilungsbildes eines Werkzeugs während einer Bearbeitung, das basierend auf Werkzeugkühlungseigenschaften berechnet wird. Ferner offenbart die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. JP 2010-181 324 A eine Technik zum Überlagern und Anzeigen eines durch eine normale Kamera aufgenommenen Bildes und eines durch eine Thermografieeinrichtung erfassten Temperaturverteil ungsbildes.
Bei der in der vorstehend beschriebenen offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. JP H09-273 964 A offengelegten Technik ist es, da die Temperatur des Werkzeugs nicht tatsächlich gemessen wird, jedoch nicht möglich, eine korrekte Temperaturverteilung zu berechnen, wenn am Werkzeug eine Anomalie auftritt, so dass durch die anomale Abnutzung des Werkzeugs Wärme erzeugt wird. Das heißt, es entsteht dahingehend ein Problem, dass eine anomale Temperaturzunahme des Werkzeugs während der Bearbeitung des Werkstücks nicht ermittelt werden kann.
Ferner ist die in der vorstehend beschriebenen offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. JP 2010-181 324 A offengelegte Technik ursprünglich nicht für Werkzeugmaschinen oder Industriemaschinen bestimmt und der Einfluss eines Kühlschmiermittels oder dergleichen, das während der Bearbeitung auf das Werkzeug oder Werkstück gesprüht wird, wird nicht berücksichtigt. Aus diesem Grund entsteht bei Verwendung dieser Technik zum Überwachen des Werkzeugs oder Werkstücks dahingehend ein Problem, dass das Werkzeug 3 oder das Werkstück 4 nicht klar angezeigt werden kann, da während der Bearbeitung ein sich ausbreitendes Kühlschmiermittel oder sich ausbreitende Späne in dem Bild der das Werkzeug 3 oder Werkstück 4 aufnehmenden Kamera enthalten sind, wie in 9A und 9B gezeigt. Darüber hinaus ist 9A eine Darstellung, die ein Bildanzeigebeispiel zeigt, wenn eine Isotherme farbig ist, und 9B eine Darstellung, die ein Bildanzeigebeispiel zeigt, wenn eine Isotherme durchscheinend (nicht farbig) ist.
Ferner ist bei den Techniken, die in der vorstehend beschriebenen offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. JP H09-273 964 A und der vorstehend beschriebenen offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. JP 2010-181 324 A offenbart sind, da die verwendete Kamera normales sichtbares Licht benötigt, ein gleichmäßiger Lichtbetrag erforderlich, um ein klares Bild zu erhalten, bei der Werkzeugmaschine oder Industriemaschine ist jedoch im Allgemeinen bei einer Bearbeitung des Werkstücks eine Bearbeitungskammer der Werkzeugmaschine in einem versiegelten Zustand verschlossen. Aus diesem Grund ist zum kontinuierlichen Erhalten des klaren Bildes des Werkzeugs oder Werkstücks innerhalb der Bearbeitungskammer zusätzlich eine Einrichtung zum Einspeisen eines gleichmäßigen Lichtbetrags in die Bearbeitungskammer erforderlich. Folglich entsteht dahingehend ein weiteres Problem, dass die Kosten steigen.
Zusammenfassung der Erfindung
Daher besteht ein Ziel der Erfindung darin, eine Bildanzeigevorrichtung bereitzustellen, die dazu fähig ist, eine Temperaturverteilung einer Industriemaschine oder innerhalb einer Bearbeitungskammer einer Werkzeugmaschine klar anzuzeigen.
Bei der Erfindung wird das vorstehend beschriebene Problem durch Anzeigen eines klaren Bildes und einer Temperaturverteilung eines Hauptteils einer Industriemaschine oder nahe einem Bearbeitungskontaktpunkt zwischen einem Werkstück und einem Werkzeug einer Werkzeugmaschine und gleichzeitiges Überlagern eines Temperaturverteilungsbildes einer Thermografieeinrichtung und eines Bearbeitungssimulationsbildes gelöst, wodurch das Innere einer Bearbeitungskammer der Werkzeugmaschine oder ein Hauptteil der Industriemaschine klar anzeigt wird.
Folglich ist die erfindungsgemäße Bildanzeigevorrichtung eine Bildanzeigevorrichtung, die eine Temperaturverteilung einer Maschine anzeigt und umfasst: eine Bearbeitungsinformationseingabeeinheit, die Bearbeitungsinformationen erfasst, die eine durch die Maschine durchgeführte Bearbeitung betreffen; eine Simulationsanimationserzeugungseinheit, die durch Durchführen einer einen Bearbeitungszustand der Maschine darstellenden dreidimensionalen Bearbeitungssimulation basierend auf den Bearbeitungsinformationen eine dreidimensionale Simulationsanimation erzeugt; eine Temperaturverteilungsdateneingabeeinheit, die Temperaturverteilungsdaten erfasst, die einen Zustand einer Temperaturverteilung der Maschine darstellen; eine Temperaturverteilungsbilderzeugungseinheit, die basierend auf den Temperaturverteilungsdaten ein Temperaturverteilungsbild erzeugt; eine Bildsyntheseeinheit, die ein Bild erzeugt, das durch Synthetisieren des Temperaturverteilungsbildes und eines anhand der dreidimensionalen Simulationsanimation erzeugten Projektionsbildes erhalten wird; und eine Bildanzeigeeinheit, die das durch die Bildsyntheseeinheit erzeugte Bild anzeigt.
Die Temperaturverteilungsdaten können eine Temperaturverteilung bei Betrachtung der Maschine von einem vorgegebenen Standpunkt aus darstellen und die Bildsyntheseeinheit kann ein Bild erzeugen, das durch Synthetisieren des Temperaturverteilungsbildes und eines Projektionsbildes bei Betrachtung der dreidimensionalen Simulationsanimation von dem Standpunkt aus erhalten wird.
Die Temperaturverteilungsdaten können durch eine an der Maschine angebrachte Thermografieeinrichtung erfasst werden.
Selbst wenn sich in der Bearbeitungskammer der Werkzeugmaschine ein Kühlschmiermittel oder Späne ausbreiten, ist es gemäß der Erfindung möglich, ein klares Bild und eine Temperaturverteilung nahe einem Bearbeitungskontaktpunkt zwischen einem Werkzeug und einem Werkstück oder anderen Abschnitten anzuzeigen. Ferner ist es möglich, ein klares Bild und eine Temperaturverteilung eines Hauptteils einer Industriemaschine anzuzeigen. Demgemäß ist es möglich, wenn eine Temperaturverteilung (eine auf einer Bearbeitung basierende Temperaturverteilung) in einem optimalen Bearbeitungszustand oder eine anomale Temperaturverteilung visuell durch einen menschlichen Bediener überprüft wird, hochgenau zu bestimmen, ob die Temperaturverteilung der Teile innerhalb der Bearbeitungskammer normal oder anomal ist, und somit die Ermittlung von Bearbeitungsfehlern oder die Ermittlung einer anomalen Abnutzung des Werkstücks zu verbessern.
Da ein klares Bild mit einer Temperaturverteilung innerhalb der Bearbeitungskammer angezeigt wird, ist es ferner nicht notwendig, in die Bearbeitungskammer der Industriemaschine oder der Werkzeugmaschine Licht einzuspeisen, und es ist nicht nötig, eine Einrichtung zum Einspeisen von Licht in die Bearbeitungskammer zu installieren. Folglich kann eine Erhöhung der Wartungskosten unterbunden werden. Da für die Langzeitüberwachung nicht ständig Licht eingespeist werden muss, kann ferner ein Energiespareffekt erwartet werden.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Funktionsblockdiagramm einer Bildanzeigevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 ist eine Darstellung, die einen allgemeinen Aufriss zum Projizieren einer Koordinate eines dreidimensionalen Objekts auf eine zweidimensionale Koordinate gemäß der Erfindung zeigt;
3 ist eine weitere Darstellung, die einen allgemeinen Aufriss zum Projizieren einer Koordinate eines dreidimensionalen Objekts auf eine zweidimensionale Koordinate gemäß der Erfindung zeigt;
4 ist eine Darstellung, die ein Beispiel eines Falls zeigt, in dem der in 2 gezeigte allgemeine Aufriss zum Projizieren der Koordinate des dreidimensionalen Objekts auf die zweidimensionale Koordinate auf ein Maschinenkoordinatensystem einer Werkzeugmaschine angewandt wird;
5 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für Bilder zeigt, die beim Starten einer Bearbeitung synthetisiert werden;
6 ist eine Darstellung, die einen Betrieb zum Überlagern eines Temperaturverteilungsbildes und eines Projektionsbildes einer dreidimensionalen Simulationsanimation zeigt;
7A und 7B sind Darstellungen, die ein Bildanzeigebeispiel der Bildanzeigevorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung zeigen;
8 ist eine Darstellung, die ein Beispiel eines Falls zeigt, in dem eine erfindungsgemäße Technik auf eine Drehmaschinenbearbeitung angewandt wird; und
9A und 9B sind Darstellungen, die ein Bildanzeigebeispiel innerhalb einer Bearbeitungskammer gemäß dem Stand der Technik zeigen.

Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
1 ist ein schematisches Funktionsblockdiagramm einer Bildanzeigevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Eine Bildanzeigevorrichtung 100 der Ausführungsform zeigt eine Temperaturverteilung in einer Bearbeitungskammer an, die die nahe Umgebung eines Bearbeitungskontaktpunkts zwischen einem Werkzeug und einem Werkstück umfasst, wenn das Werkstück durch eine Werkzeugmaschine 1 bearbeitet wird, die eine Thermografieeinrichtung 2 umfasst. Die Bildanzeigevorrichtung 100 umfasst eine Bearbeitungsinformationseingabeeinheit 10, eine Temperaturverteilungsdateneingabeeinheit 20, eine Simulationsanimationserzeugungseinheit 30, eine Temperaturverteilungsbilderzeugungseinheit 40, eine Bildsyntheseeinheit 50 und eine Bildanzeigeeinheit 60.
Die Bearbeitungsinformationseingabeeinheit 10 ist mit einer Steuereinheit (nicht gezeigt) der Werkzeugmaschine 1 verbunden und erfasst Bearbeitungsinformationen, die einen Bearbeitungszustand der Werkzeugmaschine 1 darstellen. Die Bearbeitungsinformationseingabeeinheit 10 erfasst Informationen, die für eine durch die Simulationsanimationserzeugungseinheit 30 durchgeführte dreidimensionale Simulation erforderlich sind, als Bearbeitungsinformationen von der Steuereinheit der Werkzeugmaschine 1 in jedem vorgegebenen Zeitintervall. Die durch die Bearbeitungsinformationseingabeeinheit 10 erfassten Bearbeitungsinformationen können beispielsweise Informationen, die einen Block eines Bearbeitungsprogramms betreffen, das fortan durch die Steuereinheit der Werkzeugmaschine 1 ausgeführt wird, oder Informationen umfassen, die eine aktuelle Koordinatenposition und eine Bewegungsrichtung des Werkzeugs, des Werkstücks und anderer Einrichtungen in der Bearbeitungskammer darstellen.
Die Temperaturverteilungsdateneingabeeinheit 20 erfasst in jedem vorgegebenen Zeitintervall Temperaturverteilungsdaten des Inneren der Bearbeitungskammer der Werkzeugmaschine 1, die durch die an der Werkzeugmaschine 1 angebrachte Thermografieeinrichtung (die Wärmebildmesseinrichtung) 2 ermittelt werden. Für die Thermografieeinrichtung 2, die durch die Temperaturverteilungsdateneingabeeinheit 20 zum Erfassen der Temperaturverteilungsdaten verwendet wird, kann eine übliche Thermografieeinrichtung verwendet werden. Die Thermografieeinrichtung 2 kann dazu eingerichtet sein, einen Blickpunkt (einen Mittelpunkt eines Bereichs, in dem die Thermografieeinrichtung 2 die Temperaturverteilung ermittelt) gemäß der Bedienung durch einen Benutzer zu ändern, der eine Bedieneinheit der Werkzeugmaschine 1 verwendet. Informationen, wie etwa ein Einbaulagekoordinatenwert (ein Maschinenkoordinatenwert oder dergleichen) der Thermografieeinrichtung 2, ein Blickpunktkoordinatenwert (ein Maschinenkoordinatenwert oder dergleichen) und eine Brennweite, können durch den Benutzer über eine Bedienungseingabeeinheit (nicht gezeigt) der Bildanzeigevorrichtung 100 festgelegt oder von der Steuereinheit der Werkzeugmaschine 1 erfasst werden.
Die Simulationsanimationserzeugungseinheit 30 erzeugt eine dreidimensionale Simulationsanimation, die den Zustand des Werkstücks und des Werkzeugs innerhalb der Bearbeitungskammer (dem Bearbeitungsraum) darstellt, durch Durchführen einer dreidimensionalen Simulation der durch die Werkzeugmaschine 1 durchgeführten Bearbeitung basierend auf den Bearbeitungsinformationen, die in jedem vorgegebenen Zeitintervall durch die Bearbeitungsinformationseingabeeinheit 10 erfasst werden. Die Simulationsanimationserzeugungseinheit 30 erzeugt die dreidimensionale Simulationsanimation beispielsweise unter Verwendung von dreidimensionalen Modellen für das Werkzeug, das Werkstück oder andere Einrichtungen, die vorab in einem Speicher (nicht gezeigt) gespeichert werden. Zum Erzeugen der dreidimensionalen Simulationsanimation durch die Simulationsanimationserzeugungseinheit 30 kann beispielsweise ein allgemein bekanntes übliches Bearbeitungssimulationsverfahren (siehe z.B. die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. JP H10-10 220 A oder die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. JP H11-119 818 A ) verwendet werden.
Die Temperaturverteilungsbilderzeugungseinheit 40 erzeugt basierend auf den durch die Temperaturverteilungsdateneingabeeinheit 20 erfassten Temperaturverteilungsdaten des Inneren der Bearbeitungskammer der Werkzeugmaschine 1 ein Bild (ein isothermes Bild oder dergleichen), das eine Temperaturverteilung in der Nähe des Blickpunkts darstellt.
Die Bildsyntheseeinheit 50 synthetisiert ein Bild, bei dem das durch die Temperaturverteilungsbilderzeugungseinheit 40 erzeugte Temperaturverteilungsbild über die durch die Simulationsanimationserzeugungseinheit 30 erzeugte dreidimensionale Simulationsanimation des Inneren der Bearbeitungskammer der Werkzeugmaschine 1 gelagert wird. Die Bildsyntheseeinheit 50 synthetisiert ein Bild, bei dem das durch die Temperaturverteilungsbilderzeugungseinheit 40 erzeugte Temperaturverteilungsbild über das Bild gelagert wird, das erhalten wird, wenn die durch die Simulationsanimationserzeugungseinheit 30 erzeugte dreidimensionale Simulationsanimation von dem Standpunkt aus betrachtet wird, der der Einbaulage der Thermografieeinrichtung 2 entspricht. Die Bildsyntheseeinheit 50 synthetisiert die Bilder in jedem vorgegebenen Zeitintervall durch Verfolgen des Fortschritts der durch die Werkzeugmaschine 1 durchgeführten Bearbeitung.
Dann wird das durch die Bildsyntheseeinheit 50 synthetisierte Bild auf der Bildanzeigeeinheit 60, wie etwa einer Flüssigkristallanzeigeeinrichtung, durch Verfolgen des Fortschritts der durch die Werkzeugmaschine 1 durchgeführten Bearbeitung angezeigt.
Nachstehend ist unter Bezugnahme auf 2 und 3 ein allgemeiner Aufriss zum Projizieren der Koordinate des dreidimensionalen Objekts auf die zweidimensionale Koordinate beschrieben.
Wie in 2 gezeigt, wird ein Raum, in dem ein dreidimensionales Objekt installiert ist, durch einen Ursprung O und ein Koordinatensystem (ein Weltkoordinatensystem) Xw-Yw-Zw ausgedrückt, ein Standpunkt, von dem aus das dreidimensionale Objekt betrachtet wird, als V (Vx, Vy, Vz) festgelegt und ein den Standpunkt V als Ursprung verwendendes Koordinatensystem als Standpunktkoordinatensystem Xv-Yv-Zv festgelegt. Ferner wird ein Punkt (ein Blickpunkt) zum Bestimmen eines Winkels, unter dem das dreidimensionale Objekt betrachtet wird, als R (Rx, Ry, Rz) festgelegt und ein den Blickpunkt R als Ursprung verwendendes Koordinatensystem als Blickpunktkoordinatensystem Xr-Yr-Zr festgelegt. Davon ausgehend, dass sich eine Projektionsebene in einer Position befindet, die um eine Strecke f vom Standpunkt V zum Blickpunkt R versetzt ist, wird ferner ein Mittelpunkt einer Projektionsebene bei Betrachtung des Blickpunkts R vom Standpunkt aus V als P (Px, Py, Pz) festgelegt und ein den Projektionsebenenmittelpunkt P als Ursprung verwendendes Koordinatensystem als Projektionsebenenmittelpunktkoordinatensystem Xp-Yp festgelegt. Ferner haben bei einem in 2 gezeigten Beispiel, zur Erleichterung der Erläuterung, das Weltkoordinatensystem und das Blickpunktkoordinatensystem eine Beziehung, bei der die durch die X-Achse, Y-Achse und Z-Achse angegebenen Richtungen einander entsprechen.
Bei einem solchen Aufbau werden die Punkte des Weltkoordinatensystems in das Standpunktkoordinatensystem umgewandelt. Diese Umwandlung kann beispielsweise gemäß den folgenden Schritten durchgeführt werden.

Schritt 1: Das Weltkoordinatensystem und das Blickpunktkoordinatensystem werden parallel bewegt, so dass beide Ursprünge übereinanderliegen.
Schritt 2: Das Blickpunktkoordinatensystem und das Standpunktkoordinatensystem werden parallel bewegt, so dass die beiden Ursprünge übereinanderliegen.
Schritt 3: Das Weltkoordinatensystem und das Standpunktkoordinatensystem werden gedreht, so dass ihre beiden Z-Achsen übereinanderliegen.

Als Nächstes kann eine Beziehung zwischen der Koordinate S (Sx, Sy) des dreidimensionalen Objekts, vom Standpunktkoordinatensystem aus gesehen, und einer Koordinate T (Tx, Tz) auf der Projektionsebene bei Betrachtung der Koordinate S vom Standpunktkoordinatensystem aus basierend auf der Ähnlichkeit zwischen einem in 3 gezeigten allgemeinen Aufriss einer perspektivischen Projektion und einem Dreieck durch den folgenden Ausdruck (1) ausgedrückt werden. Außerdem wird die in 3 gezeigte allgemeine Aufrissdarstellung auf der Ebene Xv-Zv des Standpunktkoordinatensystems ausgedrückt, kann jedoch in gleicher Weise sogar auf der Ebene Yv-Zv ausgedrückt werden. $\begin{array}{l} S_{z} : f = S_{x} : T_{x} \\ S_{z} : f = S_{y} : T_{y} \end{array}$
Somit kann die Koordinate T (Tx, Tz) auf der Projektionsebene, die, vom Standpunktkoordinatensystem aus gesehen, der Koordinate S (Sx, Sy) entspricht, durch die folgende Gleichung (2) ausgedrückt werden. $\begin{array}{l} T_{x} = f \times \frac{S_{x}}{S_{z}} \\ T_{y} = f \times \frac{S_{y}}{S_{z}} \end{array}$
Somit lassen sich zum Projizieren der Koordinate des dreidimensionalen Objekts auf die zweidimensionale Koordinate erforderliche Parameter wie nachstehend zusammenfassen.

Parameter 1: Ursprung O des Weltkoordinatensystems
Parameter 2: Standpunkt V, vom Weltkoordinatensystem aus gesehen
Parameter 3: Blickpunkt R, vom Weltkoordinatensystem aus gesehen
Parameter 4: Abstand f zwischen Standpunkt V und Projektionsebenenmittelpunkt P
Parameter 5: Koordinate S (Sx, Sy, Sz) von dreidimensionalem Objekt, vom Standpunktkoordinatensystem aus gesehen

Davon ausgehend, dass das Maschinenkoordinatensystem der Werkzeugmaschine 1 als das vorstehend beschriebene Weltkoordinatensystem, die Koordinate (die Position der Infrarotlinse) der Thermografieeinrichtung 2 als Standpunkt V, der Mittelpunkt des Ermittlungsbereichs der Temperaturverteilung durch die Thermografieeinrichtung 2 als Blickpunkt R und die Brennweite der Thermografieeinrichtung 2 als f festgelegt wird, wandelt die Bildsyntheseeinheit 50 jeden der Koordinatenpunkte S (Sx, Sy, Sz) des dreidimensionalen Raums der durch die Simulationsanimationserzeugungseinheit 30 erzeugten dreidimensionalen Simulationsanimation des Inneren der Bearbeitungskammer der Werkzeugmaschine 1 in die Koordinate auf dem durch die Temperaturverteilungsbilderzeugungseinheit 40 erzeugten Temperaturverteilungsbild (der Projektionsebene) um, wodurch ein Bild synthetisiert wird, bei dem das durch die Temperaturverteilungsbilderzeugungseinheit 40 erzeugte Temperaturverteilungsbild über die durch die Simulationsanimationserzeugungseinheit 30 erzeugte dreidimensionale Simulationsanimation des Inneren der Bearbeitungskammer der Werkzeugmaschine 1 gelagert wird.
Nachstehend ist ein Schritt beschrieben, in dem die Bildanzeigevorrichtung 100 der Ausführungsform mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration die Bilder des Inneren der Bearbeitungskammer der Werkzeugmaschine 1 synthetisiert und anzeigt.
Zunächst wird, als allgemeine Vorbereitung vor der Bearbeitung, durch Definieren eines Werkstückkoordinatensystems durch den Betrieb der Steuereinheit (im Allgemeinen eine numerische Steuereinrichtung) der Werkzeugmaschine 1 ein NC-Programm erzeugt. Im Allgemeinen dient die Werkstückkoordinate als Koordinate eines Bearbeitungspunkts zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück, wobei der Werkzeugbewegungsbetrag oder dergleichen unter Verwendung des Werkstückkoordinatensystems im NC-Programm angewiesen wird.
Wie vorstehend beschrieben, wandelt die Bildsyntheseeinheit 50 basierend auf den durch den Benutzer festgelegten Einstellwerten oder den von der Steuereinheit der Werkzeugmaschine 1 erfassten Einstellwerten das Koordinatensystem oder die Punkte um, um das Werkzeug, das Werkstück oder andere Einrichtungen (die dreidimensionalen Objekte) im Inneren der Bearbeitungskammer auf die Projektionsebene zu projizieren.
4 ist eine Darstellung, die einen Fall zeigt, in dem ein unter Bezugnahme auf 2 beschriebener allgemeiner Aufriss zum Projizieren der Koordinate des dreidimensionalen Objekts auf die zweidimensionale Koordinate auf das Koordinatensystem der tatsächlichen Werkzeugmaschine 1 und der Thermografieeinrichtung 2 angewendet wird. Ferner stellt ein Beispiel von 4 eine Fräsbearbeitung dar. In 4 gibt das Bezugszeichen 3 das Werkzeug und das Bezugszeichen 4 das Werkstück an.
Da der Ursprung M des Maschinenkoordinatensystems unter den zum Synthetisieren der Bilder durch die Bildsyntheseeinheit 50 erforderlichen Parametern durch die Steuereinheit der Werkzeugmaschine 1 bestimmt wird, kann der Ursprung von der Steuereinheit erfasst werden.
Ferner kann, da die Position V (Vx, Vy, Vz) der Infrarotlinse der Thermografieeinrichtung 2, vom Maschinenkoordinatensystem aus gesehen, durch die Einbaulage der Thermografieeinrichtung 2, vom Maschinenkoordinatensystem aus gesehen, bestimmt wird, die Position V anhand der Einbaulage der Thermografieeinrichtung 2 erfasst werden, wenn die Position V durch die Steuereinheit der Werkzeugmaschine 1 festgelegt wird. In anderen Fällen kann der Benutzer die Position V durch Bedienen der Bildanzeigevorrichtung 100 festlegen.
Der Blickpunkt R, vom Maschinenkoordinatensystem aus gesehen, kann anhand der Position V der Infrarotlinse der Thermografieeinrichtung 2 auf einen Schnittpunkt zwischen der Werkstückoberfläche und der senkrecht zur Projektionsebene verlaufenden Linie festgelegt werden. Darüber hinaus kann, da die Koordinate des Werkstücks, vom Maschinenkoordinatensystem aus gesehen, anhand der Werkstückforminformationen erhalten werden kann, die Koordinate des Werkstücks anhand der Werkstückforminformationen erfasst werden, wenn die Koordinate durch die Steuereinheit der Werkzeugmaschine 1 festgelegt wird. In anderen Fällen kann der Benutzer die Koordinate durch Bedienen der Bildanzeigevorrichtung 100 festlegen.
Da die Brennweite f der Infrarotlinse der Thermografieeinrichtung 2 abhängig von den Eigenschaften der Infrarotlinse der verwendeten Thermografieeinrichtung 2 bestimmt wird, kann die Brennweite anhand der Eigenschaften der Infrarotlinse erfasst werden, wenn die Brennweite anhand der Thermografieeinrichtung 2 erfasst werden kann. In anderen Fällen kann der Benutzer die Brennweite durch Bedienen der Bildanzeigevorrichtung 100 festlegen.
Da die Koordinaten S der Punkte des Werkzeugs, des Werkstücks oder anderer Einrichtungen innerhalb der Bearbeitungskammer, vom Koordinatensystem der Position V der Infrarotlinse der Thermografieeinrichtung aus gesehen, anhand des Ausführungsergebnisses der dreidimensionalen Simulation der Bearbeitung in der Werkzeugmaschine 1 erfasst werden können, die basierend auf den Bearbeitungsinformationen durch die Simulationsanimationserzeugungseinheit 30 durchgeführt wird, kann gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren die Koordinate S durch Umwandeln der Koordinate des Weltkoordinatensystems jedes Punkts im virtuellen Raum der dreidimensionalen Simulation in das Standpunktkoordinatensystem erhalten werden.
5 ist ein Beispiel für ein Bild, das zum Zeitpunkt des Starts der Bearbeitung durch Projizieren der durch die Simulationsanimationserzeugungseinheit 30 erzeugten dreidimensionalen Simulationsanimation auf die Projektionsebene in der Bildsyntheseeinheit 50 gebildet wird.
Als Nächstes erfasst, wenn die Bearbeitung des Werkstücks 4 unter Verwendung des Werkzeugs 3 durch die Werkzeugmaschine gestartet wird, die Bearbeitungsinformationseingabeeinheit 10 in jedem vorgegebenen Zeitintervall die Bearbeitungsinformationen von der Steuereinheit der Werkzeugmaschine 1 und die Temperaturverteilungsdateneingabeeinheit 20 in jedem vorgegebenen Zeitintervall die Temperaturverteilungsdaten von der Thermografieeinrichtung 2. Die durch die Temperaturverteilungsdateneingabeeinheit 20 von der Thermografieeinrichtung 2 erfassten Temperaturverteilungsdaten umfassen den Koordinatenwert (Tx, Ty) (der dem Koordinatenwert in einem Projektionsebenenkoordinatensystem entspricht) in dem Bereich der durch die Thermografieeinrichtung 2 erfassten Temperaturverteilungsdaten und die an der durch den Koordinatenwert angegebenen Koordinate gemessene Temperatur Tt, wobei die Datenelemente T1 (T1x, T1y, T1t), T2 (T2x, T2y, T2t), ..., Tn (Tnx, Tny, Tnt) einer Mehrzahl Punkte (üblicherweise tausend Punkte) in der durch die Thermografieeinrichtung 2 aufgenommenen Ebene in jedem Erfassungsbetrieb erfasst werden.
Die Simulationsanimationserzeugungseinheit 30 erzeugt die dreidimensionale Simulationsanimation durch Durchführen der dreidimensionalen Simulation basierend auf den durch die Bearbeitungsinformationseingabeeinheit 10 erfassten Bearbeitungsinformationen.
Ferner erzeugt die Temperaturverteilungsbilderzeugungseinheit 40 das Temperaturverteilungsbild basierend auf den durch die Temperaturverteilungsdateneingabeeinheit 20 erfassten Temperaturverteilungsdaten. Die Temperaturverteilungsbilderzeugungseinheit 40 erzeugt basierend auf den erfassten Temperaturverteilungsdaten beispielsweise ein isothermes Bild. Das durch die Temperaturverteilungsbilderzeugungseinheit 40 erzeugte isotherme Bild wird durch Auftragen der Temperaturverteilungsdaten in der Ebene und Verbinden der gleichen Temperaturwerte erzeugt. Die Temperaturverteilungsbilderzeugungseinheit 40 färbt die Isothermen mit unterschiedlichen Farben, um die Temperaturverteilung der Isothermen in dem isothermen Bild leicht und visuell überprüfen zu können.
Dann lagert die Bildsyntheseeinheit 50, wie in 6 gezeigt, das durch die Temperaturverteilungsbilderzeugungseinheit 40 erzeugte isotherme Bild derart über das durch Projizieren der Bearbeitungssimulationsanimation auf die Projektionsebene erhaltene Projektionsbild, dass der Mittelpunkt T des basierend auf den von der Thermografieeinrichtung 2 erfassten Temperaturverteilungsdaten erzeugten Temperaturverteilungsbildes mit dem Projektionsebenenmittelpunkt P der dreidimensionalen Simulationsanimation übereinstimmt, wodurch diese zwei Bilder synthetisiert werden.
7A und 7B sind Beispiele für Bilder, die auf der Bildanzeigeeinheit 60 der Bildanzeigevorrichtung 100 der Ausführungsform angezeigt werden. Durch Verwenden von allgemein bekannten Bildsynthese- und Bildverarbeitungstechniken kann die Bildsyntheseeinheit 50, wie in 7A gezeigt, ein durchscheinendes Temperaturverteilungsbild über eine dreidimensionale Simulationsanimation lagern oder, wie in 7B gezeigt, ein Temperaturverteilungsbild über ein Bild lagern, das den Umriss des Werkzeugs 3, des Werkstücks 4 oder anderer Einrichtungen innerhalb der Bearbeitungskammer in der dreidimensionalen Simulationsanimation hervorhebt.
Beispielsweise wurde in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ein Beispiel einer Fräsbearbeitung beschrieben, das Verfahren der vorliegenden Erfindung lässt sich jedoch, wie in 8 gezeigt, auch auf eine Drehmaschinenbearbeitung anwenden. Ferner lässt sich die Erfindung auch auf andere Industriemaschinen anwenden.
Ferner wurde in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ein Beispiel beschrieben, bei dem die Thermografieeinrichtung als Sensor zum Erfassen der Temperaturverteilungsdaten verwendet wird, es kann jedoch ein beliebiger Sensor verwendet werden, der dazu fähig ist, die Temperaturverteilung, von einem vorgegebenen Standpunkt aus gesehen, zu messen.

Claims

Bildanzeigevorrichtung (100), die eine Temperaturverteilung einer Maschine (1) anzeigt und umfasst: - eine Bearbeitungsinformationseingabeeinheit (10), die Bearbeitungsinformationen erfasst, die eine durch die Maschine (1) durchgeführte Bearbeitung betreffen; - eine Simulationsanimationserzeugungseinheit (30), die durch Durchführen einer einen Bearbeitungszustand der Maschine (1) darstellenden dreidimensionalen Bearbeitungssimulation basierend auf den Bearbeitungsinformationen eine dreidimensionale Simulationsanimation erzeugt; - eine Temperaturverteilungsdateneingabeeinheit (20), die Temperaturverteilungsdaten erfasst, die einen Zustand einer Temperaturverteilung der Maschine (1) darstellen; - eine Temperaturverteilungsbilderzeugungseinheit (40), die basierend auf den Temperaturverteilungsdaten ein Temperaturverteilungsbild erzeugt; - eine Bildsyntheseeinheit (50), die ein Bild erzeugt, das durch Synthetisieren des Temperaturverteilungsbildes und eines anhand der dreidimensionalen Simulationsanimation erzeugten Projektionsbildes erhalten wird; und - eine Bildanzeigeeinheit (60), die das durch die Bildsyntheseeinheit (50) erzeugte Bild anzeigt.
Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, - wobei die Temperaturverteilungsdaten eine Temperaturverteilung bei Betrachtung der Maschine (1) von einem vorgegebenen Standpunkt (V) aus darstellen und - wobei die Bildsyntheseeinheit (50) ein Bild erzeugt, das durch Synthetisieren des Temperaturverteilungsbildes und eines Projektionsbildes bei Betrachtung der dreidimensionalen Simulationsanimation von dem vorgegebenen Standpunkt (V) aus erhalten wird.
Bildanzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Temperaturverteilungsdaten durch eine an der Maschine (1) angebrachte Thermografieeinrichtung (2) erfasst werden.