JP4846209B2 - 工作機械シミュレータを有する数値制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械シミュレータを有する数値制御装置に関する。このような数値制御装置及び工作機械シミュレータから成る組合せは、付設される数値制御装置を有する工作機械のセットアップ時間を明らかに短縮するために使用される。

幾何学的に要求の高い形状部分の自動化された製造の範囲において、付設される数値制御装置を有する工作機械は、常により重要な役割を演じる。この場合、常に、数値制御装置の複雑さもそうであるように、工作機械自身の複雑さが増す。このようにして、例えば、可動の軸の数及び現在の工作機械の可能な加工速度は、ほぼ操作の快適さ又は最近の数値制御装置の安全指向の機能の数と同様に増加する。

工作機械の製造者は、通常、適当な数値制御装置を外部業者から購入する。工作機械及び数値制御装置から成る新たな組合せを供給する前に、数値制御装置は、工作機械に適合させる必要がある。

これは、本質的に数値制御装置に付設されるプログラム可能な結合制御装置によって行なわれ、以下では、業界の慣行で略してＰＬＣと呼ばれる。このようなＰＬＣは、多数の入力及び出力が使用可能である。ＰＬＣプログラムを介して、どのようにしてＰＬＣの出力が入力に応じるかを確定することができる。このようにして、ＰＬＣの入力におけるドアコンタクトが閉鎖されている場合にだけ、出力において、工作機械の軸の運動のための解放信号が伝わることをほぼ確定することができる。これは、工作機械の作業空間へのドアが開いている場合、工具の運動を阻止し、工作機械の標準運転における重要な安全機能である。

これまで、大抵、ＰＬＣプログラムを現実の工作機械でテストすることが必要であった。これは、しばしば機械場において騒々しく僅かにしか集中を要さない環境において行なわれていたので、単にシミュレートされる仮想の工作機械におけるＰＬＣプログラムの開発及びテストをするための可能性が必要であった。

工作機械シミュレータは、例えば特許文献１に開示されている。インターフェースを介して、工作機械シミュレータは、数値制御装置及び付設されるＰＬＣに接続されている。プロセッサは、インターフェースを介して得られる情報を処理し、仮想の工作機械の挙動をシミュレートする。このようにして既にＰＬＣプログラムのテストが明らかに簡素化される場合でも、ＰＬＣプログラムのテスト及び開発への可能性は、未だ最適ではない。加えて、数値制御装置に加えて別の機器（例えば計算機）を使用することが必要である。
特開２００１−２８２３３１号公報

本発明の課題は、協働するように、工作機械へと数値制御装置を適合させるためのＰＬＣプログラムの開発及びテストをする際にできるだけ最適な支援を提供する工作機械シミュレータを有する数値制御装置を提供することである。

この課題は、請求項１の特徴を有する装置によって解決される。有利な実施形は、請求項１に従属する請求項に述べられている特徴から得られる。

数値制御装置もしくは付設されるＰＬＣと工作機械シミュレータとの間で情報を交換するための装置を介して使用可能である工作機械シミュレータを有する数値制御装置が提案される。この装置は、共同で利用されるメモリから成り、このメモリを介して、情報が数値制御装置と工作機シミュレータとの間で交換可能であり、その際、共同で利用されるメモリは、数値制御装置によっても工作機械シミュレータによっても読み書き可能である。

これは、適当な表示及び入力の可能性を介して、交換される情報に対するユーザもしくはＰＬＣプログラマの非常に直接的な読み書きのアクセスを開く。これにより、ＰＬＣプログラムの開発及びＰＬＣプログラムにおけるエラー診断は、著しく容易化される。

多くの最近の数値制御装置は、単により強靭に構成された、インターフェースカードを拡大された、完全に商習慣上の産業用計算機（ＰＣｓ）をベースとするので、数値制御装置、ＰＬＣ及び工作機械シミュレータを唯一の計算機で経過させることさえも可能であり、この計算機は、その際、一度も、言及したインターフェースカードを介して使用する必要がない。何故なら、数値制御装置と仮想の工作機械との間のインターフェースは、共同で利用されるメモリによって構成されるからである。このようにして、必要な作業は、非常に快適にデスクで実施することができ、時間及び機器における費用は、著しく削減される。

本発明の更なる利点並びに詳細を、図１〜３を基にした優れた実施形の以下の説明から明らかにする。

図１は、工作機械シミュレータ３を有する数値制御装置１のブロック回路図を示す。この場合、数値制御装置１は、プログラム可能な結合制御装置、略してＰＬＣ２も含んでおり、このＰＬＣは、今日では通常の数値制御装置１内に、ソフトウエア技術によって統合されている。従って、以下で、数値制御装置１との情報交換が話題になる場合は、完全にＰＬＣ２との情報交換も意図している。この場合、数値制御装置１へのＰＬＣ２の統合は、説明される発明のための必然的な前提では何らなく、これは、単に１つの優れた実施形である。本発明は、同様に、数値制御装置１及びＰＬＣ２が分離されたユニットであるシステムのためにも使用することができる。

ここで説明する実施例では、数値制御装置１は、ＰＬＣ２と共にプログラムとして計算機１１上で経過する。計算機１１の画面には、数値制御装置１の操作部１２が、特に固有のウィンドウの状態で表示される。操作部１２を介する数値制御装置１の操作は、完全に現実の工作機械と数値制御装置１を接続する場合の操作に相当する。

しかしながら、仮想の工作機械との数値制御装置１の通信は、かつて１つ又は複数のインターフェースカードを介して経過するのではなく、むしろ数値制御装置１及びＰＬＣ２が、共同で利用されるメモリ４にアクセスする。共同で利用されるこのメモリ４は、計算機１１のメインメモリの特別な領域によって表現することができ、この領域は、このために備えられ、留保されている。

有利なことに、数値制御装置１及びＰＬＣ２も経過する同じ計算機１１上で、付加的に工作機械シミュレータ３が走る。工作機械シミュレータ３への共同で利用されるメモリ４の図１で行なわれる割当ては、任意に選択されており、全く同様に、このメモリ４は、数値制御装置１と工作機械シミュレータ３との間の独立した領域として表現することができる。

本来の数値制御装置１は、例えば仮想の工作機械の異なった軸のための位置基準値又は速度基準値をメモリ４内に登録する。これらの値は、例えば操作部１２又は数値制御装置１上で経過する部分プログラムを介して予設定することができる。

ＰＬＣ２によって、その異なった出力を介して、例えば、冷却剤、ワークピースパレット、工具交換等を制御するための命令が出力され、情報としてメモリ４へと書き込まれる。この場合、この情報は、大抵、簡単な入／出力情報（バイナリのメモリ値）から成る。しかしながらまた、メモリ４は、整数（例えば、位置測定システムのカウント）又は浮動少数点数（例えば、プロセスをより速く又はより遅く経過させることができるようにするため、全ての速度を操作する因子（オーバライド）を調節するためのポテンショメータの位置）の形の情報も示す。

メモリ４と関係して、方法インターフェース５が存在し、この方法インターフェースによって、メモリ４内に含まれている種々の情報及び運転状態への仮想の工作機械の基本的なアクセスが可能にされる。ユーザ入力をシミュレートするため、ＰＬＣ出力の読取り、ＰＬＣ入力の読取り、セット及びリセット、キーコードの送信すること、そしてノブの操作をシミュレートするため、ノブの増分を送信することを使用するための方法がある。

軸シミュレータ１０は、メモリ４内に設定された基準値及びそれ以外の運転状態に基づいて現実的な位置及び速度実測値を計算する。この場合、シミュレーションを特に現実的に形成するために、調整技術における計算を基にしてコンタリングエラー（Schleppfehler）をシミュレートすることさえもできる。このようにして得られた実測値は、同様にメモリ４において、ほぼシミュレートされたエンコーダ又はフィーラの位置の形で使用される。

数値制御装置１は、例えば位置及び速度実測値をメモリ４から読み出し、これらの実測値は、そこで軸シミュレータ１０によって登録されている。ＰＬＣ２は、その入力を介してメモリ４からの最も異なった運転状態に応答する。このようにして、ドアコンタクト、非常スイッチ、温度センサ又は電圧監視装置は応答することができる。これらの運転状態に対するＰＬＣ２の反応は、ＰＬＣプログラムにおいて確定され、その開発及びエラー解消は、本発明によってできるだけ快適に形成されるべきである。

図２は、工作機械シミュレータ３によって方法インターフェース５を介して別のウィンドウに表現されるような機械操作フィールド６を示す。このような機械操作フィールド６は、現実の工作機械に存在する操作フィールドを置換する。入力のために、種々の要素７が使用され、これらの要素は、マウス又は計算機１１の同様の入力手段によって操作することができる。このようにして、ある要素７は、非常スイッチであってよく、他の要素７は、命令「確実に低減される速度」のためのキーであってよい。図２に、通常工作機械の手動運転のために使用されるノブ１４も認められる。

このような機械操作フィールド６（完全にこのような複数の操作フィールド６を使用することができる）を柔軟に形成することができるようにするため、そしてそれぞれシミュレートされた工作機械に適合させることができるようにするために、個々の要素７のラベルが、場合によっては、このラベルのＰＬＣ２又は数値制御装置１の入力との繰り返しの結合も、システム構成ファイル８内で確定されており、このシステム構成ファイルは、ユーザによって編集及び変更することができる。この場合、要素７の挙動は、ほぼキーが入力を押される長さでセットすべきであるか、キーの操作が入力を継続的に切り替えるべきであるかどうか、より正確に確定することもできる。このようにして、シミュレートされる工作機械の特別な配線は、非常に良好に工作機械シミュレータ３によるシミュレーションのために再構成することができる。

図３には、ステータスウインドウ１３におけるＰＬＣ２のこの例では３１の出力の表示が認められる。一目で、ユーザは、どの出力が正にセットされている（暗く図示されている）か、またどれがセットされていない（明るく図示されている）かを確認する。相応の表現は、ＰＬＣ２の入力に関する迅速な概観も可能にする。任意の点検項目をシミュレートすることができるようにするため、共同で利用されるメモリ４の内容を直接操作するという可能性も提供されている。ステータスウインドウ１３内の明るい又は暗いフィールドの１つに対するマウスクリックによって、ＰＬＣ２の入力は切り替えることができ、このようにして、ＰＬＣ２もしくは仮想の工作機械の反応を点検することができる。かなりの場合、ＰＬＣ２の出力を直接操作することができる場合が、有用であり得る。

ＰＬＣプログラムの１部分のための例及びその点検は、以下のようである。作業空間へのドアが開いている（ドアスイッチもしくはそのＰＬＣ入力におけるメモリ４内の仮想の相手部材は、「オープン」である−ＰＬＣ入力のためのステータスウインドウ１３内の相応の入力によってシミュレートされる）場合、全ての軸はロックすべきである（機械的な保持ブレーキもしくはそのＰＬＣ出力におけるメモリ４内の仮想の相手部材は、「セット」である−ＰＬＣ出力をステータスウインドウ１３内で点検するために）、但し、機械操作フィールド６におけるキー「確実に低減される速度」が押されている場合は別である。即ち、この場合、ほぼセットアップ運転中、工程を正確に監視することができるようにするために、ドアが開かれている場合に軸のゆっくりした運動が可能であるべきである。

数値制御装置１及びそのＰＬＣ２との仮想の工作機械の相互作用は、このようにして非常に現実的な操作の下でテストすることができる。

より複雑な経過にとって、最も異なる入力を仮想の機械操作フィールド６又はステータスウインドウ１３を介して行なうことは、時々困難である。これは、特に、仮想の工作機械の運転がシミュレートされる場合、最も異なった入力の時間的に正確な順序が必要である場合に当て嵌まる。従って、方法インターフェース５は、標準語プログラム９を介してシミュレートされる工作機械へのアクセスをプログラムできるように設計されている。この場合、時間発信機（タイマ）も使用可能であり、従って、任意の入力又は工程が、仮想の工作機械において自動的に経過させることができる。標準語プログラム９によって、例えばＰＬＣ２の入出力は、読み書きすることができ、オーバーライドを操作し、機械キーをシミュレートし、軸位置を読み出し、そして測定入力を読み書きすることができる。このようにして、ＰＬＣプログラムの挙動が満足すべき結果となるまで、複雑な経過を、数値制御装置１、ＰＬＣ２及び仮想の工作機械もしくは工作機械シミュレータ３から成る相互作用においてテストすることも、本質的に簡単である。

共同で利用されるメモリ４内のデータの１部分のために、バッテリ緩衝作用もシミュレートすることができ、このバッテリ緩衝作用は、現実のシステムにおいて数値制御装置１もしくは工作機械を切断する際に、新たな接続に至るまで一定のデータを維持したままであるように配慮する。このため、通常バッテリ緩衝作用を受ける値は、メモリ４内でファイルに記憶され、このファイルは、工作機械シミュレータ３もしくは数値制御装置１を新たに接続した後に読み出され、始動値として新たにメモリ４内に書き込まれる。

工作機械シミュレータを有する数値制御装置を示す。 異なった要素を有する仮想の機械操作フィールドを示す。 共同のメモリを直接操作可能にする共同のメモリ内のＰＬＣ出力の表示部を示す。

符号の説明

１ 数値制御装置
２ ＰＬＣ
３ 工作機械シミュレータ
４ メモリ
５ 方法インターフェース
６ 機械操作フィールド
７ 要素
８ システム構成ファイル
９ 標準語プログラム
１０ 軸シミュレータ
１１ 計算機
１２ 操作部

Claims (9)

1. 数値制御装置（１）もしくは付設されるＰＬＣ（２）と工作機械シミュレータ（３）との間で情報を交換するための装置を有する工作機械シミュレータ（３）を有する数値制御装置において、
   共同で利用されるメモリ（４）によって、情報が数値制御装置（１）と工作機械シミュレータ（３）との間で交換可能であり、その際、共同で利用されるメモリ（４）が、数値制御装置（１）によっても、工作機械シミュレータ（３）によっても読み書き可能であり、
   工作機械シミュレータ（３）が、メモリ（４）及び機械操作フィールド（６）と接続されるインターフェース（５）を備え、このインターフェースを介して、機械操作フィールド（６）が計算機（１１）の画面に別のウインドウで表現可能であり、この機械操作フィールドの入力要素（７）が、共同で利用されるメモリ（４）の部分と結合されており、
   ユーザに固有の複雑な進行のための機械操作フィールド（６）を介しての入力が工作機械シミュレータ（３）内に統合された標準プログラミング言語（９）によってインターフェース（５）を介してプログラム可能であることを特徴とする数値制御装置。
2. 共同で利用されるメモリ（４）内に、ＰＬＣ（２）の全ての入出力データのコピーが存在することを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
3. 共同で利用されるメモリ（４）内に、付加的に以下の運転データ、即ち、
   −仮想の測定システムのシミュレートされた位置及び速度データ、
   −仮想の工作機械の異なる軸のための数値制御装置の規定値としての位置及び速度基準値、
   の１つ又は複数のコピーが存在することを特徴とする請求項２に記載の数値制御装置。
4. 共同で利用されるメモリの内容が、ユーザによって直接読み書き可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の数値制御装置。
5. 機械操作フィールド（６）の入力要素（７）と共同で利用されるメモリ（４）との間の結合が、編集可能なシステム構成ファイル（８）によって確定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の数値制御装置。
6. 軸シミュレータ（１０）によって、共同で利用されるメモリ（４）内のデータを基にして仮想の工作機械の軸の挙動が再構成可能であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の数値制御装置。
7. 軸シミュレータ（１０）によって、コンタリングエラーがシミュレート可能であることを特徴とする請求項６に記載の数値制御装置。
8. 付設されるＰＬＣ（２）を有する数値制御装置（１）及び工作機械シミュレータ（３）が、分離されたプロセスとして唯一の計算機（１１）上で進行可能であり、この計算機のメインメモリが、部分的に共同で利用されるメモリ（４）としてシステム構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の数値制御装置。
9. 数値制御装置（１）の操作部（１２）が、工作機械シミュレータ（３）の機械操作フィールド（６）と共に、計算機（１１）によってウインドウ処理で表現可能であることを特徴とする請求項８に記載の数値制御装置。

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