JP5522926B2 - 工作機械の運転方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械の運転方法および装置に関する。

工作機械で工作物を製造するための無衝突、加工時間および部分プログラムの無エラーを保証するために、実際の工作機械における本来の実際の加工プロセスの前に実際の工作機械の模擬を含めた部分プログラムのシミュレーションがますます行なわれる。シミュレーションが成功裡に実行された後にはじめて部分プログラムが実際の工作機械に提供され、加工プロセスが部分プログラムにより制御される。

しかし、シミュレーションによって、無衝突、加工時間および無エラーという基準に関する付加的な確実性は、シミュレーションにおいて模擬される工作機械の構成が工作機械の実際の構成、すなわち実際の工作機械において加工プロセスの時点で実際に存在する構成と一致する場合にのみ達成することができる。

このような構成の例は、例えば次のとおりである。
１．例えば工具長さ、工具ホルダジオメトリ（工具ホルダの形状）および工具交換時に使用さるマガジン位置の形での工具装備データ、
２．例えば素材の長さおよびジオメトリ（形状）のような素材データ、
３．例えば素材を固定するためのチャックの位置およびジオメトリ（形状）のような工具チャックデータ、
４．例えば制御ソフトウェアバージョンおよび／または制御装置および駆動装置のパラメータの形でのソフトウェア構成。

このようにしてテストされた部分プログラムの品質への「成功裡の」シミュレーションによってよび起こされた信頼ならび一層高速の製造時間への要求が、実際上しばしば、実際の工作機械における他のテスト（例えば強く低減された送りによる加工プロセスの実施）の放棄をもたらす。しかしながら、しばしば現在の構成、すなわち工作機械において運転中の加工プロセスの時点で実際に存在する構成が、以下においてシミュレーション構成と呼ぶシミュレーションにおいて使用される構成と一致しない。これは最悪の場合に次の結果をもたらす。すなわち、「成功裡で」シミュレーションされた部分プログラムが、それにもかかわらず実際の工作機械において破損を生じ、あるいは工作物のコスト高になる傷物を生じる。誤って算出された加工時間が実行時間および機械運動の悪化した計画可能性をもたらす。

本発明の課題は、部分プログラムのシミュレーションの際に使用された工作機械の構成と実際の加工プロセスの際の実際の工作機械の構成との不一致に起因する加工プロセス時の誤りが回避される工作機械の運転方法および装置を提供することにある。

工作機械の運転方法に関する課題は、工作機械の加工プロセスが部分プログラムにより制御される工作機械の運転方法であって、
シミュレーション構成をまだ格納していない部分プログラムが作成され、
工作機械のシミュレーション構成を用いて、シミュレーション構成をまだ格納していない部分プログラムのもとで、加工プロセスのシミュレーションが行なわれ、引続いてシミュレーション構成をまだ格納していない部分プログラム内にシミュレーション構成が格納されることによって、部分プログラムが作成され、
工作機械の現在の構成が求められ、
現在の構成が、部分プログラム内に格納されている工作機械のシミュレーション構成と比較され、シミュレーション構成はコード化されて部分プログラム内に格納されており、現在の構成とシミュレーション構成とを比較する前にデコードされ、
現在の構成とシミュレーション構成との不一致時に警報信号が発生可能であることによって解決される（請求項１）。

更に、工作機械の運転装置に関する課題は、工作機械の加工プロセスを部分プログラムにより制御する工作機械の運転装置であって、
工作機械のシミュレーション構成を用いて、シミュレーション構成をまだ格納していない部分プログラムのもとで、加工プロセスのシミュレーションが行なわれ、シミュレーション構成をまだ格納していない部分プログラム内にシミュレーション構成が格納されることによって、運転装置により部分プログラムが作成され、
シミュレーション構成はコード化されて部分プログラム内に格納され、現在の構成とシミュレーション構成とを比較する前に運転装置によってデコード可能であり、
運転装置が、工作機械の現在の構成を検出し、現在の構成を、部分プログラム内に格納されている工作機械のシミュレーション構成と比較し、現在の構成とシミュレーション構成との不一致時に警報信号を発生可能であることによって解決される（請求項５）。

工作機械の運転方法に関する本発明の実施態様は次の通りである。
・現在の構成とシミュレーション構成との一致時に加工プロセスが開始され、現在の構成とシミュレーション構成との不一致時には加工プロセスが開始されない（請求項２）。
・シミュレーション構成がコード化されて部分プログラム内に格納されデコードされる。
・現在の構成の少なくとも一部が、画像検出装置と、センサと、測定装置とのうちの少なくとも１つにより求められる（請求項３）。
・現在の構成が、工具装備データと、素材データと、工具チャックデータと、ソフトウェア構成とのうちの少なくとも１つの形で存在する（請求項４）。
・シミュレーション構成がコード化されて格納される（請求項５）。

工作機械の運転装置に関する本発明の実施態様は次の通りである。
・現在の構成とシミュレーション構成との一致時に加工プロセスが運転装置によって開始され、現在の構成とシミュレーション構成との不一致時には運転装置によって加工プロセスが開始されない（請求項６）。
・シミュレーション構成がコード化されて部分プログラム内に格納され、運転装置によってデコード可能である。
・現在の構成の少なくとも一部が、画像検出装置と、センサと、測定装置との少なくとも１つにより運転装置によって検出可能である（請求項７）。
・現在の構成が、工具装備データと、素材データと、工具チャックデータと、ソフトウェア構成とのうちの少なくとも１つの形で存在する（請求項８）。
・シミュレーション構成が部分プログラム内にコード化されて格納される。

現在の構成とシミュレーション構成との一致時に加工プロセスが開始され、現在の構成とシミュレーション構成との不一致時に加工プロセスが開始されないと有利であることが分かった。なぜならば、この措置によって、例えば工作機械における破損および／または誤りのある工作物の製造が回避されるからである。

シミュレーション構成がコード化されて部分プログラム内に格納されデコードされるならば有利である。これによって、部分プログラム内に格納されているシミュレーション構成を不正操作することが防止される。

更に、現在の構成の少なくとも一部が画像検出装置と、センサと、測定装置とのうちの少なくとも１つにより求められならば有利であることが分かった。これによって現在の構成を自動的に検出することができる。

更に、現在の構成が工具装備データと、素材データと、工具チャックデータと、ソフトウェア構成とのうちの少なくとも１つの形で存在するならば有利であることが分かった。現在の構成をこのように形成することは工作機械の現在の構成を通常に形成することである。

更に、工作機械のシミュレーション構成の使用およびシミュレーション構成をまだ格納していない部分プログラムのもとで加工プロセスのシミュレーションが行なわれ、引続いてシミュレーション構成をまだ格納していない部分プログラム内にシミュレーション構成が格納されることによって、部分プログラムが作成されるならば有利であることが分かった。これによってシミュレーション構成が格納されている部分プログラムが簡単に作成される。

更に、シミュレーション構成がコード化されて格納されるならば有利であることが分かった。なぜならば、これによって部分プログラム内のシミュレーション構成を後に不正操作することが防止されるからである。

更に、現在の構成とシミュレーション構成との一致時に加工プロセスが装置によって開始され、現在の構成とシミュレーション構成との不一致時に運転装置によって加工プロセスが開始されないならば有利であることが分かった。なぜならば、この措置によって、例えば工作機械における破損および／または誤りのある工作物の製造が確実に回避される。

更に、シミュレーション構成がコード化されて部分プログラム内に格納され、運転装置によってデコード可能であるならば有利であることが分かった。これによって、部分プログラム内に格納されているシミュレーション構成を不正操作することが防止される。

更に、現在の構成の少なくとも一部が画像検出装置と、センサと、測定装置とのうちの少なくとも１つにより運転装置によって検出可能であるならば有利であることが分かった。これによって現在の構成を自動的に求めることができる。

更に、現在の構成が工具装備データと、素材データと、工具チャックデータと、ソフトウェア構成とのうちの少なくとも１つの形で存在するならば有利であることが分かった。現在の構成をこのように形成することは工作機械の現在の構成を通常に形成することである。

更に、工作機械のシミュレーション構成の使用およびシミュレーション構成をまだ格納していない部分プログラムのもとで加工プロセスのシミュレーションが行なわれ、引続いてシミュレーション構成をまだ格納していない部分プログラム内にシミュレーション構成が格納されることによって、運転装置により部分プログラムが作成されるように、運転装置が構成されているならば有利であることが分かった。これによって、シミュレーション構成が格納されている部分プログラムが簡単に作成される。

更に、シミュレーション構成が部分プログラム内にコード化されて格納されると有利であることが分かった。なぜならば、これによって部分プログラム内のシミュレーション構成を後に不正操作することが防止されるからである。

更に、工作機械を本発明による装置により構成すると有利であることが分かった。

本発明の実施例を図面に示し、以下において更に詳細に説明する。
図１は本発明による工作機械の運転装置を示し、
図２は本発明による工作機械の運転方法を示し、
図３は本発明による部分プログラムを示す。

図１には概略的なブロック図の形で本発明による装置が示されている。通常は製造すべき工作物（ワーク）の製造プロセスはＣＡＤシステム１上での工作物のモデル化から始まる（ＣＡＤ＝コンピュータ支援設計）。ＣＡＤシステム１によりこのようにして決定された工作物のジオメトリデータが、入力量としてＣＡＭシステム３に転送され（ＣＡＭ＝コンピュータ支援製造）、このことが矢印２によって示されている。ＣＡＭシステム３により、製造すべき工作物のジオメトリデータ（形状データ）と、後での工作機械の構成と、工作機械における後での加工プロセスのための出発部材を成す素材のジオメトリ（形状）とから、例えばフライス加工の場合には、素材から工作物を製造するために工作機械の機械軸によって移動されるべきフライス軌道が求められる。このようにして工作物を製造するために必要な機械軸の運動がＣＡＭシステム３によって決定され、そして入力量としていわゆるポストプロセッサ５に供給され、このことが図１に矢印４によって示されている。

コンピュータ上で実行されるプログラムの形で存在するポストプロセッサ５が、ＣＡＭシステムによって求められた機械軸の運動と工作機械の後での構成とから部分プログラム、特にＮＣ部分プログラムを作成する。その部分プログラムにより、後で工作機械の制御装置が、素材から工作物を製造するために、工作機械の加工プロセスを制御する。

部分プログラムは一般にファイルの形で存在し、このファイルはＡＳＣＩＩコードにて列状に相前後して一般にＤＩＮコードで記述された命令を含む。このような命令（例えば、Ｇ３ Ｘ１１５ Ｙ１１３．３ Ｉ−４３ Ｊ２５．５２）は、例えば、素材から例えば切欠きを形成するために、工具（例えばフライス）を円軌道に沿って目標位置へ移動させる。部分プログラムの個々の命令は、後で工作機械の制御装置９によって読み込まれる。制御装置９は、部分プログラムの命令に応じて工作機械の駆動システム１０の各駆動装置ｎのための位置目標値ｘｓｏｌｌ_nを算出する。

しかしながら安全のために通常は、ポストプロセッサ５が部分プログラムを作成した後に、部分プログラムがシミュレーションユニット７に転送され、このことが矢印６によって示されている。シミュレーションユニット７は、例えばコンピュータ上で実行されるシミュレーションプログラムの形で構成されているとよい。工作機械の若干細部に忠実な模擬を含むシミュレーションユニット７により、後での実際の加工プロセスがシミュレーションされ、このようにして、ポストプロセッサ５によって作成された部分プログラムは、例えば加工プロセス中に機械要素相互または素材との衝突が発生するかどうか、および／または予定の加工時間および加工精度が守られるかどうかをチェックする。シミュレーションが成功裡に経過する場合、すなわち加工プロセスが誤りなしに所望の結果で終了する場合、このようにしてテストされた部分プログラムが制御装置９に伝送され、このことが図１に矢印８によって示され、工作機械の実際の加工プロセスが開始可能である。

しかしながら実際においては、それにもかかわらず、しばしば工作機械の機械要素の破損または、例えば製造精度に関する工作物の不満足な品質をもたらす誤りが加工プロセスにおいて発生する。これの原因は、しばしばシミュレーションの際にシミュレーションユニット７によって使用された工作機械の構成（以下において、シミュレーション構成と呼ぶ。）が、実際の工作機械の後で実際に存在する現在の構成と一致しないことにある。例えば、シミュレーションは、８ｍｍの直径を有するドリルが工具交換装置の工具マガジンの定められた個所に存在することが仮定された工作機械のシミュレーション構成にて行なわれ得るが、しかしながら実際には後でその実際の工作機械においてその定められた個所には横断面１０を有するドリルが存在する。

ここで本発明による方法が始まる。本発明によれば、シミュレーションユニット７によって、ポストプロセッサ５によって発生された部分プログラムにおいて、シミュレーション構成、すなわちシミュレーションが行なわれた工作機械の構成が、部分プログラム内に格納される。このようにしてシミュレーションユニット７により、工作機械のシミュレーション構成の使用およびシミュレーション構成をまだ格納していない部分プログラムのもとで、加工プロセスのシミュレーションを行う部分プログラムが作成され、引続いてシミュレーション構成が部分プログラム内に格納される。このようにして作成された部分プログラム２４が図３に示されている。部分プログラム２４は、このようにして、ポストプロセッサ５からの部分プログラムの命令２５とシミュレーション構成１８とから構成されている。部分プログラム２４は一般に、命令２５とシミュレーション構成１８とを含むファイルの形で存在する。部分プログラムへのシミュレーション構成１８の格納は、例えばファイル内へのシミュレーション構成１８の保存によって行なわれる。

本発明によれば、工作機械の制御装置９が、工作機械の加工プロセスを開始する前に、工作機械の現在の構成を、例えば工作機械内に組み込まれた画像検出装置１１、センサ１２および／または工作機械に一体化された測定装置１３に基づいて求める。例えばカメラの形で存在することができる画像検出装置１１により、例えば工具チャックの瞬時位置（工具チャックデータ）ならびに素材位置（素材データ）を検出することができる。センサ１２により、例えば工具交換の工具の装備が検出される。測定装置１３により、例えば素材の寸法が検出される。工作機械の現在の構成がこのようにして自動的に求められた後、現在の構成が、部分プログラム内に格納されている工作機械のシミュレーション構成と比較される。現在の構成とシミュレーション構成との不一致時には警報信号Ｗが発生させられ、例えば操作ユニット１４に伝達されて操作ユニット１４において操作者に対して可視化される。現在の構成とシミュレーション構成との一致時にのみ、加工プロセスが制御装置９によって開始される。この実施例の枠内において、シミュレーション構成が、シミュレーションユニット７によってコード化されて部分プログラム２４内に格納され、制御装置９が、現在の構成をシミュレーション構成と比較する前に、部分プログラム内に格納されているシミュレーション構成１８をデコードする。これによって、部分プログラム内に格納されているシミュレーション構成を後に不正操作することを確実に阻止することができる。

更に、自動的に求められた現在の構成が、ＣＡＭシステム３と、ポストプロセッサ５と、シミュレーションユニット７との少なくとも１つに伝送されるならば有利であり、これが矢印１６によって示されている。それにより、ＣＡＭシステムにおいて、ポストプロセッサにおいて、そしてシミュレーションにおいて使用される工作機械の構成の手動の検出および調整を省略することができる。

工作機械の運転装置は、最も簡単な場合に、シミュレーションユニット７なしに、工作機械を制御するための制御装置９の形だけで構成されていてよい。

しかし、工作機械の運転装置は、制御装置９と、それから構造的に分離された、例えば事務所に設置されたコンピュータとからなるシステムとして構成されていてもよく、このコンピュータ上でシミュレーションユニット７がシミュレーションプログラムの形で実行される。しかし、更にこの関連で、工作機械の運転装置が制御装置９の形で存在し、シミュレーションユニット７が、例えば制御装置９上で実行されるプログラムの形で、したがって制御装置９に一体化された構成部分の形で存在することも可能である。

制御装置９は、例えば数値制御装置（ＮＣ制御装置）として構成されているとよい。

図２において、本発明による方法はフローチャートの形でもう一度概略的に示されている。この時点でもシミュレーション構成を含んでいない部分プログラム１９が、シミュレーション構成１８の考慮のもとでシミュレーション１７の枠内においてテストされ、シミュレーション構成１８が格納されている部分プログラム２４が作成される。引続いて工作機械の現在の構成２６の検出２０が行なわれ、その後現在の構成２６とシミュレーション構成との比較２１が行なわれる。現在の構成がシミュレーション構成と一致しない場合には、警報信号の発生２２が行なわれる。現在の構成がシミュレーション構成と一致する場合には、加工プロセスの開始２３が行なわれる。

本発明による工作機械の運転装置を示すブロック図 本発明による工作機械の運転方法を示すフローチャート 本発明による部分プログラムを示す概略図

符号の説明

１ ＣＡＤシステム
２ 矢印
３ ＣＡＭシステム
４ 矢印
５ ポストプロセッサ
６ 矢印
７ シミュレーションユニット
８ 矢印
９ 制御装置
１０ 断面
１１ 画像検出装置
１２ センサ
１３ 測定装置
１４ 操作ユニット
１６ 矢印
１７ シミュレーション
１８ シミュレーション構成
１９ 部分プログラム
２０ 現在構成の検出
２１ 比較
２２ 警報信号の発生
２３ 加工プロセスの開始
２４ 部分プログラム
２５ 部分プログラムの命令
２６ 工作機械の現在の構成

Claims (9)

1. 工作機械の加工プロセスが部分プログラム（２４）により制御される工作機械の運転方法であって、
   シミュレーション構成（１８）をまだ格納していない部分プログラム（１９）が作成され、
   工作機械のシミュレーション構成（１８）を用いて、シミュレーション構成（１８）をまだ格納していない部分プログラム（１９）のもとで、加工プロセスのシミュレーション（１７）が行なわれ、引続いてシミュレーション構成（１８）をまだ格納していない部分プログラム（１９）内にシミュレーション構成（１８）が格納されることによって、部分プログラム（２４）が作成され、
   工作機械の現在の構成（２６）が求められ、
   現在の構成（２６）が、部分プログラム（２４）内に格納されている工作機械のシミュレーション構成（１８）と比較され、シミュレーション構成（１８）はコード化されて部分プログラム（２４）内に格納されており、現在の構成（２６）とシミュレーション構成（１８）とを比較する前にデコードされ、
   現在の構成（２６）とシミュレーション構成（１８）との不一致時に警報信号（Ｗ）が発生される工作機械の運転方法。
2. 現在の構成（２６）とシミュレーション構成（１８）との一致時に加工プロセスが開始され、現在の構成（２６）とシミュレーション構成（１８）との不一致時には加工プロセスが開始されないことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 現在の構成（２６）の少なくとも一部が、画像検出装置（１１）と、センサ（１２）と、測定装置（１３）とのうちの少なくとも１つにより求められることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 現在の構成（２６）が、工具装備データと、素材データと、工具チャックデータと、ソフトウェア構成とのうちの少なくとも１つの形で存在することを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の方法。
5. 工作機械の加工プロセスを部分プログラム（２４）により制御する工作機械の運転装置（９）であって、
   工作機械のシミュレーション構成（１８）を用いて、シミュレーション構成（１８）をまだ格納していない部分プログラム（１９）のもとで、加工プロセスのシミュレーション（１７）が行なわれ、シミュレーション構成（１８）をまだ格納していない部分プログラム（１９）内にシミュレーション構成（１８）が格納されることによって、運転装置（９）により部分プログラム（２４）が作成され、
   シミュレーション構成（１８）はコード化されて部分プログラム（２４）内に格納され、現在の構成（２６）とシミュレーション構成（１８）とを比較する前に運転装置（９）によってデコード可能であり、
   運転装置（９）が、工作機械の現在の構成（２６）を検出し、現在の構成（２６）を、部分プログラム（２４）内に格納されている工作機械のシミュレーション構成（１８）と比較し、現在の構成（２６）とシミュレーション構成（１８）との不一致時に警報信号（Ｗ）を発生する工作機械の運転装置。
6. 現在の構成（２６）とシミュレーション構成（１８）との一致時に加工プロセスが運転装置（９）によって開始され、現在の構成（２６）とシミュレーション構成（１８）との不一致時には運転装置（９）によって加工プロセスが開始されないことを特徴とする請求項５記載の装置。
7. 現在の構成（２６）の少なくとも一部が、画像検出装置（１１）と、センサ（１２）と、測定装置（１３）との少なくとも１つにより運転装置（９）によって検出可能であることを特徴とする請求項５又は６記載の装置。
8. 現在の構成（２６）が、工具装備データと、素材データと、工具チャックデータと、ソフトウェア構成とのうちの少なくとも１つの形で存在することを特徴とする請求項５乃至７の１つに記載の装置。
9. 請求項５乃至８の１つに記載の装置を備えた工作機械。

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