JP2007048014A - 工作機械の干渉検知システム - Google Patents

Abstract

【課題】段取り替えに伴って、工具の突出し長さが変化したような場合であっても、工具の突出し長さを再入力する必要がない工作機械の干渉検知システムを提供する。
【解決手段】工作機械の制御装置２０に搭載された、モデルデータベース１１、モデルデータ登録処理部１２、段取りデータ処理部１３、干渉データ記憶部１４、干渉データ登録処理部１５、干渉確認処理部１６、画像データ生成部１７及び表示制御部１８と、画像表示装置１９とから構成されている。工具やワーク等の３次元モデルデータについては、モデルデータ登録処理部１２を介して、ユーザが登録することになるが、工具の突出し長さについては、段取りデータ処理部１３がオフセット量記憶部２４に格納されている工具オフセット量を常時監視しながら、工具オフセット量が更新された時点で、その更新された工具オフセット量に基づいて算出し、モデルデータベース１１に自動的に登録する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、工作機械における各要素間の干渉を検知する工作機械の干渉検知システムに関する。

この種の工作機械の干渉検知システムとしては、例えば、特開平２−５９２５６号公報に開示されたものがある。この干渉検知システムでは、工具の移動方向及び移動量を画像表示装置上にベクトル表示すると共に、切削送りのときは白色、早送りの時は赤色といった具合に、その表示色により移動方法を表示し、オペレータが、この表示画面を確認して工具の移動方向、移動量及び移動方法を把握し、これがワークと干渉するか否かを確認するようになっている。

しかしながら、こういった工具の移動方向、移動量及び移動方法をベクトルで２次元的に表示した干渉検知システムでは、オペレータが移動後の工具とワークとの位置関係を正確に予測することができず、干渉の有無を正確に判断することができないと共に、工具またはワークと構造体との間の干渉関係や各構造体間の干渉関係については確認することができないといった問題があった。

そこで、本願出願人は、特願２００４−１７９１２９において、工具、ワーク及び各構造体といった工作機械における各要素の３次元形状を定義した形状データや工作機械における各要素がどのように動作（移動または回転）するのかを定義した軸データを有する３次元モデルデータと、工作機械における各要素間の干渉関係を定義した干渉データとを使用して、３次元的に干渉検知を行う工作機械の干渉検知システムを提案している。

特開平２−５９２５６号公報

ところで、上述したような３次元的に干渉検知を行う工作機械の干渉検知システムでは、主軸や機内カバーといった構造体の３次元モデルデータについては、工作機械を設計する際に作成される３次元ＣＡＤデータ等を利用して、工作機械メーカが予め登録しているので、工作機械のユーザ側で入力する必要はないが、加工する度に変化する工具、工具ホルダ、生爪、治具、ワーク等の３次元モデルデータについては、工作機械のユーザ側で別途登録することになる。

従って、工作機械のユーザは、使用する全ての工具について、それぞれの３次元モデルデータを登録しなければならないが、工具自体の形状は変化するものではないので、工作機械のユーザは、各工具の３次元モデルデータを一度登録してしまえば、その３次元モデルデータを繰り返し使用することができる。

しかしながら、工具交換や切削時の剛性を考慮して段取り替えを行った際に、工具ホルダに対する工具の突出し長さが変化したような場合は、その工具の３次元モデルデータを変更するために、オペレータが、その都度、工具の突出し長さを再入力しなければならず、データの入力作業が繁雑であるといった問題がある。

そこで、この発明の課題は、段取り替えに伴って、工具ホルダに対する工具の突出し長さが変化したような場合であっても、工具の突出し長さを再入力する必要がない工作機械の干渉検知システムを提供することにある。

上記の課題を解決するため、請求項１にかかる発明は、工作機械における各要素間の干渉を検知する工作機械の干渉検知システムにおいて、前記工作機械における各要素間の干渉検知に必要な各種データのうち、少なくとも、工具ホルダからの工具の突出し長さに関するデータについては、測定された工具オフセット量に基づいて算出するようにしたことを特徴とする工作機械の干渉検知システムを提供するものである。

また、請求項２にかかる発明は、請求項１にかかる発明の工作機械の干渉検知システムにおいて、測定された工具オフセット量はＮＣ装置の記憶部に記憶されるようになっており、前記ＮＣ装置の前記記憶部に記憶されている工具オフセット量を監視しながら、工具オフセット量が更新された時点で、その更新された新たな工具オフセット量に基づいて、工具の突出し長さに関するデータを算出し直すようにしたのである。

また、請求項３にかかる発明は、請求項１にかかる発明の工作機械の干渉検知システムにおいて、前記工作機械がツールプリセッタを備えている場合は、前記ツールプリセッタによる工具オフセット量の測定動作を契機として、そのとき測定された工具オフセット量に基づいて、工具の突出し長さに関するデータを算出するようにしたのである。

以上のように、請求項１にかかる発明の工作機械の干渉検知システムでは、工具ホルダからの工具の突出し長さに関するデータについては、測定された工具オフセット量に基づいて算出するようにしたので、オペレータが工具の突出し長さを手動で入力する必要がなく、データの入力作業が軽減されるという効果が得られる。

特に、請求項２にかかる発明の工作機械の干渉検知システムでは、ＮＣ装置の記憶部に記憶されている工具オフセット量を監視しながら、工具オフセット量が更新された時点で、その更新された新たな工具オフセット量に基づいて、工具の突出し長さに関するデータを算出し直すようになっているので、段取り作業に伴って、工具ホルダからの工具の突出し長さが変化したような場合は、工作機械における各要素間の干渉検知に使用される工具に関するデータが確実に修正され、干渉検知の信頼性が向上するという効果が得られる。

また、請求項３にかかる発明の工作機械の干渉検知システムでは、工作機械がツールプリセッタを備えている場合は、ツールプリセッタによる工具オフセット量の測定動作を契機として、そのとき測定された工具オフセット量に基づいて、工具の突出し長さに関するデータを算出するようになっているので、請求項２にかかる発明の工作機械の干渉検知システムと同様に、段取り作業に伴って、工具ホルダからの工具の突出し長さが変化したような場合は、工作機械における各要素間の干渉検知に使用される工具に関するデータが確実に修正され、干渉検知の信頼性が向上するという効果が得られる。

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の工作機械の干渉検知システムの概略構成を示す機能ブロック図である。同図に示すように、この干渉検知システム１は、工作機械の制御装置２０に搭載された、モデルデータベース１１、モデルデータ登録処理部１２、段取りデータ処理部１３、干渉データ記憶部１４、干渉データ登録処理部１５、干渉確認処理部１６、画像データ生成部１７及び表示制御部１８と、画像表示装置１９とから構成されている。

前記制御装置２０は、上述した干渉検知システム１の各構成要素以外に、プログラム記憶部２１、プログラム解析部２２、解析結果記憶部２３、オフセット量記憶部２４、ツールプリセッタ計測処理部２５、オフセットデータ入力処理部２６及び駆動制御部２７といった工作機械本体の駆動制御に関する構成要素を備えているので、まず、これらの構成要素について説明する。

前記プログラム記憶部２１には、予め作成されたＮＣプログラムが格納されており、プログラム解析部２２は、プログラム記憶部２１に格納されたＮＣプログラムをブロック毎に順次解析することにより、駆動部に対する動作指令を抽出し、抽出した動作指令を解析結果記憶部２３に格納すると共に、干渉確認処理部１６に送信するようになっている。

前記オフセット量記憶部２４には、工具オフセット量及びワーク原点オフセット量等が格納されており、工具オフセット量は、工具刃先をプリセッタセンサ３１に接触させたときに、プリセッタセンサ３１から出力される刃先検出信号を受信したツールプリセッタ計測処理部２５によって算出され、これがオフセット量記憶部２４に格納されるようになっている。なお、工作機械本体には、ツールプリセッタが必ずしも搭載されているとは限らないので、ツールプリセッタが搭載されていない場合は、例えば、ワークを手動操作によって切削し、その時の位置と切削した寸法とから求めたオフセットデータを、オフセットデータ入力処理部２６を介して、入力することができるようになっている。

前記駆動制御部２７は、解析結果記憶部２３から動作指令を順次読み出し、この動作指令及びオフセット量記憶部２４に格納されている工具オフセット量やワーク原点オフセット量等に基づいて、制御信号を生成し、生成した制御信号を各送り機構部等に送信することにより、それぞれの駆動部を制御するようになっている。

また、駆動制御部２７は、生成した制御信号を画像データ生成部１７にも送信するようになっており、前記干渉確認処理部１６から出力されるアラーム信号を受信すると、各駆動部の動作を停止させるようになっている。なお、プログラム解析部２２では、駆動制御部２７で実行されるブロック数よりも数ブロック分だけ先のブロックが順次解析されるようになっている。

続いて、本発明の干渉検知システム１の各構成要素について説明する。前記モデルデータベース１１には、工具、ワーク及び工作機械本体を構成している構造体等の工作機械に関する各要素の３次元形状を定義した形状データと、工作機械に関する各要素がどのように動作（移動または回転）するのかを定義した軸データとを有する３次元モデルデータが格納されるようになっている。

なお、主軸や機内カバーといった工作機械本体を構成している構造体の３次元モデルデータについては、工作機械を設計する際に作成される３次元ＣＡＤデータ等を利用して、工作機械メーカが予め登録しているので、工作機械のユーザ側で入力する必要はないが、加工する度に変化する工具、工具ホルダ、チャック、生爪、ワーク等の３次元モデルデータについては、工作機械のユーザが、モデルデータ登録処理部１２を介して、独自に登録することになる。例えば、工具の３次元モデルデータを登録する場合は、図２に示すような工具モデルの登録画面１２ａを呼び出し、この登録画面１２ａに従って、工具に関して必要な各種データを登録していくことになる。

ただし、工具の突出し長さについては、段取りデータ処理部１３が、オフセット量記憶部２４に格納されている工具オフセット量を常時監視しながら、工具オフセット量が更新されると、その時点で、更新された新たな工具オフセット量に基づいて、工具の突出し長さを算出して、モデルデータベース１１に自動的に登録するようになっているので、工作機械のユーザが工具の突出し長さを入力する必要はない。

前記干渉データ記憶部１４には、予め設定された、工具、ワーク及び工作機械本体を構成している各構造体との相互間における干渉関係を定義した干渉データが格納されるようになっており、この干渉データは、工作機械のユーザが、干渉データ登録処理部１５を介して、登録するようになっている。

例えば、ＮＣ旋盤では、チャックを介してワークが装着された主軸が主軸台に支持され、工具が装着された刃物台を取り付けたサドルがベッド上に配設されるので、主軸、チャック及びワーク間、並びにサドル、刃物台及び工具間においては、それぞれ干渉関係が成立することはなく、主軸、チャック及びワークと、サドル、刃物台及び工具との間においてのみ干渉関係が成立することになる。また、工具とワークとの間における干渉は工具によるワークの加工とみなすことができるので、両者間には切削関係が成立することになるが、この関係は、あくまでも、工具のチップとワークとの間に成立するものであり、工具におけるチップ以外の部分とワークとの間では、やはり干渉関係が成立することになる。

そこで、干渉データは、具体的には、主軸、チャック及びワークやサドル、刃物台及び工具のように、相互に一体的となる要素同士を同一グループにグループ分けすると共に、これらが干渉関係または切削関係のいずれを構成するのかを示すためのデータとして設定される。

前記干渉確認処理部１６は、プログラム解析部２２から送信された、駆動部に対する動作指令をＮＣプログラムのブロック毎に順次受信し、受信した動作指令、モデルデータベース１１に格納された３次元モデルデータ及び干渉データ記憶部１４に格納された干渉データに基づいて、工具、ワーク及び工作機械本体を構成している構造体等の工作機械に関する各要素が相互に干渉するか否かを判断すると共に、受信した動作指令及びモデルデータベース１１に格納された３次元モデルデータに基づいて、各要素の３次元画像データを生成し、これを表示制御部１８に送信するようになっている。

前記画像データ生成部１７は、駆動制御部２７から送信された実際の動作に係る制御信号を受信して、その制御信号及びモデルデータベース１１に格納された３次元モデルデータに基づいて、実際の動作に対応する３次元画像データを生成し、これを表示制御部１８に送信するようになっている。なお、ワークについては、工具による切削領域をワークの３次元モデルデータから削除しながら、これに応じた３次元画像データを生成するようになっている。

前記表示制御部１８は、干渉確認処理部１６及び画像データ生成部１７から送信された３次元画像データを受信して、画像データ生成部１７からの３次元画像データ（実際の動作の画像）を画像表示装置１５上にメイン表示すると共に、干渉確認処理部１６からの３次元画像データ（干渉確認用の画像）を画像表示装置１５上にサブ表示するようになっており、干渉確認処理部１６から送信されたアラーム信号を受信すると、例えば、サブ表示の表示画像を点滅させることによってアラーム表示を行うようになっている。

以上のように、この干渉検知システム１では、段取りデータ処理部１３が、ツールプリセッタによって測定された工具オフセット量に基づいて、工具ホルダからの工具の突出し長さを算出して、モデルデータベース１１に自動的に登録するようになっているので、オペレータが工具の突出し長さを手動で入力する必要がなく、工作機械のユーザによるデータの入力作業を軽減することができる。

特に、この干渉検知システム１では、段取りデータ処理部１３が、オフセット量記憶部２４に格納されている工具オフセット量を常時監視しながら、工具オフセット量が更新されると、その時点で、更新された新たな工具オフセット量に基づいて、工具の突出し長さを算出し、モデルデータベース１１に自動的に再登録するようになっているので、段取り作業に伴って、工具ホルダからの工具の突出し長さが変化したような場合は、工作機械における各要素間の干渉検知に使用される工具に関する３次元モデルデータが確実に修正され、干渉検知の信頼性が向上する。

なお、上述した実施形態では、オフセット量記憶部２４に格納されている工具オフセット量が更新されると、モデルデータベース１１に格納されている工具の３次元モデルデータが自動的に更新されるようになっているが、これに限定されるものではなく、上述した工具モデルの登録画面１２ａに従ってデータを入力する際、入力者が行う所定の操作によって、オフセット量記憶部２４に格納されている最新の工具オフセット量に基づいて工具の突出し長さを算出し、これを自動入力させるようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、ツールプリセッタによって工具オフセット量を測定する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、オペレータがワークを手動操作によって切削し、その時の位置と切削した寸法とから求めた工具オフセット量を、オフセットデータ入力処理部２６を介して、手動で入力した場合にも、同様の効果を得ることができることは言うまでもない。

また、上述した実施形態では、段取りデータ処理部１３が、オフセット量記憶部２４に格納されている工具オフセット量を常時監視しながら、工具オフセット量が更新された時点で、更新された工具オフセット量に基づいて工具の突出し長さを算出し、モデルデータベース１１に自動的に再登録するようになっているが、これに限定されるものではなく、例えば、ツールプリセッタによる工具オフセット量の測定動作、即ち、工具刃先をプリセッタセンサ３１に接触させるという動作を契機として、そのとき測定された工具オフセット量に基づいて、工具の突出し長さを算出してモデルデータベース１１に自動登録するようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、画像表示装置１９に３次元画像を表示させる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、少なくとも、３次元的に干渉検知を行う干渉検知機能を備えた種々の干渉検知システムに適用することができる。

また、本発明の干渉検知システム１は、ＮＣ旋盤、マシニングセンタ等、種々の工作機械に適用することができることは言うまでもない。

この発明にかかる工作機械の干渉検知システムの一実施形態を示す機能ブロック図である。 同上の干渉検知システムで表示される工具モデルの登録画面を示す図である。

符号の説明

１ 干渉検知システム
１１ モデルデータベース
１２ モデルデータ登録処理部
１３ 段取りデータ処理部
１４ 干渉データ記憶部
１５ 干渉データ登録処理部
１６ 干渉確認処理部
１７ 画像データ生成部
１８ 表示制御部
１９ 画像表示装置
２０ 制御装置
２１ プログラム記憶部
２２ プログラム解析部
２３ 解析結果記憶部
２４ オフセット量記憶部
２５ ツールプリセッタ計測処理部
２６ オフセットデータ入力処理部
３１ プリセッタセンサ

Claims (3)

1. 工作機械における各要素間の干渉を検知する工作機械の干渉検知システムにおいて、
   前記工作機械における各要素間の干渉検知に必要な各種データのうち、少なくとも、工具ホルダからの工具の突出し長さに関するデータについては、測定された工具オフセット量に基づいて算出するようにしたことを特徴とする工作機械の干渉検知システム。
2. 測定された工具オフセット量は制御装置の記憶部に記憶されるようになっており、
   前記制御装置の前記記憶部に記憶されている工具オフセット量を監視しながら、工具オフセット量が更新された時点で、その更新された新たな工具オフセット量に基づいて、工具の突出し長さに関するデータを算出し直すようにした請求項１に記載の工作機械の干渉検知システム。
3. 前記工作機械がツールプリセッタを備えている場合は、前記ツールプリセッタによる工具オフセット量の測定動作を契機として、そのとき測定された工具オフセット量に基づいて、工具の突出し長さに関するデータを算出するようにした請求項１に記載の工作機械の干渉検知システム。

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