刀具軌跡顯示裝置的製作方法

2023-12-09 22:47:41

專利名稱：刀具軌跡顯示裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及具有刀具尖端點的加速度或者加加速度的顯示部的刀具軌跡顯示裝置。
背景技術：
現在使用的控制工具機的數值控制裝置，有時具有顯示位置指令軌跡的功能、顯示刀具實際移動的軌跡的功能。具體說，從工具機的驅動軸的指令位置的時間系列數據和/或實際位置的時間系列數據計算刀具的尖端點的坐標並顯示。由此，用視覺分析刀具尖端點的指令軌跡和實際軌跡之間的形狀誤差。
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作為這樣的現有技術的例子，在日本特許第4648471號中公開了根據工具機的各驅動軸的各時刻的位置信息和工具機的機械結構的信息計算刀具尖端部的三維坐標來求其軌跡的技術。進而在日本特許第4648471號中公開了使刀具尖端點的軌跡和工具機的各驅動軸的加速度對應起來顯示的技術。進而在日本特許第3517909號中公開了用圖表顯示從工件的形狀數據算出的刀具進給軸的加速度、以及通過把成為加速度的閾值以上的特異點的加速度修正成為閾值以下，求修正工作物形狀數據的技術。進而在日本特開2009 - 98982號公報中公開了在加工前準確地模擬刀具軌跡或者刀具移動速度，在模擬後的刀具軌跡上顯示速度、加速度以及加加速度的技術。在用工具機加工工件時，為在工件上得到希望的加工面，需要減小驅動軸或者刀具的實際位置對於指令位置的形狀誤差。另外，為分析形狀誤差產生的原因，不僅需要位置信息，還需要加速度等的 目息。特別是在工件包含大量曲面的情況下，與刀具沿曲面移動的速度對應，切線方向的加速度以及法線方向的加速度也變化。因此，從刀具在工件的加工面上作用的力也與這樣的加速度的變化對應地變化。另外，在加工面上作用的力，對工件的外觀(條紋或者痕跡等)給予影響。因此，為分析形狀誤差，需要驅動軸或者刀具的加速度、加加速度等的物理信
肩、O另外，在日本特許第4648471號的方法中，需要對於每一個驅動軸個別地確認加速度，難以用視覺掌握加速度和加工面的對應關係。另外，日本特許第3517909號中的加速度，因為為提取出閾值以上的特異點而被使用，所以在日本特許第3517909號中，並非為分析形狀誤差而計算加速度。進而在日本特開2009 — 98982號公報中，雖然公開了在模擬的刀具軌跡上顯示加速度的技術，但是並非在實際的刀具軌跡上顯示加速度等。因此，在日本特開2009 — 98982號公報中，無法與實際的加工面對應地分析形狀誤差。

發明內容
鑑於這樣的情況而做出本發明，其目的是提供一種刀具軌跡顯示裝置，其能夠容易地進行驅動軸或者刀具的實際位置對於指令位置的形狀誤差的分析，來減少工件的外觀不良。為實現上述目的，根據第一方式，提供一種工具機的刀具軌跡顯示裝置，用於顯示工具機的刀具的尖端點的軌跡，上述工具機使用數值控制裝置通過多個驅動軸控制上述刀具以及被加工物中至少一方的位置以及姿勢，其中，具有指令製作部，用於製作針對上述多個驅動軸的每一預定的控制周期的位置指令；位置檢測器，它們被安裝在上述多個驅動軸的各個驅動軸上，用於在上述每一預定的控制周期檢測上述多個驅動軸的各自的位置；位置數據取得部，用於取得通過上述指令製作部製作的上述每一預定控制周期的位置指令作為指令值時間系列數據，並且取得通過上述位置檢測器在上述每一預定的控制周期檢測出的位置檢測值作為檢測值時間系列數據；刀具坐標值計算部，用於根據上述指令值時間系列數據以及上述工具機的結構，與上述指令值時間系列數據對應地計算上述刀具的尖端點的刀具指令坐標值，並且根據上述檢測值時間系列數據以及上述工具機的結構，與上述檢測值時間系列數據對應地計算上述刀具的尖端點的刀具實際坐標值；加速度計算部，用於使用上述刀具指令坐標值中的至少三個數據計算上述刀具的尖端點的加速度或者加加速度，並且使用上述刀具實際坐標值中的至少三個數據計算上述刀具的尖端點的加速度或者加加速度；·和顯示形式選擇部，用於選擇分別形成上述刀具的尖端點的軌跡的上述刀具指令坐標值以及上述刀具實際坐標值的上述加速度或者上述加加速度的顯示形式，該顯示形式選擇部執行與上述加速度或者上述加加速度的方向和大小對應地用顏色區分上述刀具的尖端點的軌跡的彩色顯示、把上述加速度或者上述加加速度作為加速度矢量或者加加速度矢量在上述刀具的尖端點的軌跡上顯示的矢量顯示、和顯示將鄰接的上述加速度矢量或者上述加加速度矢量的終點互相連接的接線的接線顯示中的至少一種，所述刀具軌跡顯示裝置還具有顯示部，用於遵照通過上述顯示形式選擇部選擇的顯示形式，與上述刀具的尖端點的軌跡一起顯示上述加速度或者上述加加速度。根據第二方式，在第一方式中，上述加速度計算部使用上述刀具指令坐標值以及上述刀具實際坐標值的連續的至少三個數據計算切線方向或者法線方向的加速度。根據第三方式，在第一方式中，上述加速度計算部使用上述刀具指令坐標值以及上述刀具實際坐標值的連續的至少四個數據計算切線方向或者法線方向的加加速度。根據第四方式，在第一方式中，上述顯示形式選擇部，根據上述加速度或者上述加加速度的方向或者大小，變更上述刀具尖端點的指令軌跡、上述刀具尖端點的實際軌跡、上述加速度矢量、上述加加速度矢量、上述加速度矢量的接線、以及上述加加速度矢量的接線中的至少一個的顏色，或者使該顏色的濃淡變化，在上述顯示部上顯示。根據第五方式，在第一方式中，上述顯示形式選擇部在上述顯示部上顯示上述法線方向的加速度矢量或者上述法線方向的加加速度矢量，上述加速度矢量或者上述加加速度矢量把連接上述刀具指令坐標值或者上述刀具實際坐標值的互相鄰接的數據的直線或者曲線中的預定的多個點作為始點，並且把相對於該預定的多個點的各個點處的切線垂直地通過預定的點的直線與上述法線方向的加速度矢量的接線或者上述法線方向的加加速度矢量的接線的交點作為終點。根據第六方式，在第一方式中，上述顯示形式選擇部變更由上述加速度矢量或者上述加加速度矢量和上述接線和上述刀具尖端點的軌跡包圍的面的顏色、或者使該顏色的濃淡變化，顯示在上述顯示部上。根據第七方式，在第一方式中，上述顯示形式選擇部把上述加速度矢量、上述加加速度矢量、上述加速度矢量的接線、以及上述加加速度矢量的接線中的至少一個在上述加速度矢量或者上述加加速度矢量的方向上以任意的倍率放大或者縮小。根據在附圖中表示的本發明的典型的實施方式的詳細說明，能夠更加明了本發明的這些目的、特徵和優點以及其他目的、特徵和優點。


圖I是裝載有基於本發明的刀具軌跡顯示裝置的工具機的立體圖。
圖2是基於本發明的刀具軌跡顯示裝置的功能框圖。圖3是表示基於本發明的刀具軌跡顯示裝置的動作的第一流程圖。圖4是表示基於本發明的刀具軌跡顯示裝置的動作的第二流程圖。圖5是用於說明加速度的計算的圖。圖6是用於說明顯示形式選擇部中的彩色顯示的圖。圖7是用於說明顯示形式選擇部中的矢量顯示的圖。圖8是用於說明顯示形式選擇部中的接線顯示的圖。圖9是用於說明顯示形式選擇部的其他功能的圖。
具體實施例方式下面參照

本發明的實施方式。在以下的圖中，對同樣的部件賦予同樣的參照符號。為容易理解，這些附圖適當地變更了比例尺。圖I是裝載有基於本發明的刀具軌跡顯示裝置的工具機的立體圖。圖I中作為例子表不的工具機I是5軸加工機。工具機I包含載置工件(未圖不)的工作檯2、相對於工作檯2在相互垂直的三個方向(X軸、Y軸、Z軸)上相對移動的支柱3。如圖所示，加工頭(head) 4從支柱3在橫向上延伸，加工頭4圍繞相對於工作檯2的表面平行的B軸旋轉。進而，可圍繞相對於B軸以及工作檯2的表面的雙方垂直的A軸旋轉的刀具5被安裝在加工頭4上。因此，工具機I通過三個直動軸(X軸、Y軸以及Z軸)和兩個旋轉軸(A軸以及B軸)控制刀具5的位置以及姿勢，加工工作檯2上的工件。但是，即使在刀具5被固定在工作檯2上，工件(未圖示)被安裝在加工頭4的尖端的情況下，也包含在本發明的範圍內。另外，有時稱X軸、Y軸、Z軸、A軸以及B軸為「驅動軸」。圖2是基於本發明的刀具軌跡顯示裝置的功能框圖。如圖2所示，刀具軌跡顯示裝置20經由數值控制裝置16與工具機I連接。工具機I包含驅動各驅動軸的電動機Ml M5。在這些電動機Ml M5的各個中分別具有在每一預定的控制周期檢測驅動軸的實際的位置的位置檢測器11 15。另外，數值控制裝置16包含用於製作對於各驅動軸的每一個預定的控制周期的位置指令的指令製作部17。此外，實際上假定指令製作部17讀取工具機I的動作程序後製作各驅動軸的位置指令。如圖2所示，刀具軌跡顯示裝置20包含位置數據取得部21。位置數據取得部21取得通過指令製作部17製作的每一預定的控制周期的位置指令，作為指令值時間系列數據。進而，位置數據取得部21取得通過位置檢測器11 15檢出的各驅動軸的位置檢測值，作為檢測值時間系列數據。這些時間系列數據臨時存儲在刀具軌跡顯示裝置20內。進而，刀具軌跡顯示裝置20包含刀具坐標值計算部22。刀具坐標值計算部22根據指令值時間系列數據以及工具機I的結構，與上述指令值時間系列數據對應地計算刀具5的尖端點的刀具指令坐標值。進而，刀具坐標值計算部22根據檢測值時間系列數據以及工具機I的結構，與檢測值時間系列數據對應地計算刀具5的尖端點的刀具實際坐標值。這些刀具指令坐標值以及刀具實際坐標值分別表示刀具5的尖端點的指令軌跡以及實際軌跡。此外，工具機I的結構主要指工具機I的尺寸。進而，刀具軌跡顯示裝置20包含加速度計算部23。加速度計算部23使用刀具指令坐標值中的至少三個數據計算刀具5的尖端點的加速度和/或加加速度，同時使用刀具實際坐標值中的至少三個數據計算刀具5的尖端點的加速度和/或加加速度。 進而，刀具軌跡顯示裝置20包含顯示形式選擇部24。顯示形式選擇部24選擇刀具指令坐標值以及刀具實際坐標值中的至少一方的加速度和/或加加速度的顯示形式。具體說，顯示形式選擇部24，與加速度或者加加速度的方向和大小對應地進行用顏色區分刀具5的尖端點的軌跡的彩色顯示、把加速度或者加加速度作為加速度矢量或者加加速度矢量在刀具5的尖端點的軌跡(指令軌跡或者實際軌跡)上顯示的矢量顯示、和顯示互相連接鄰接的上述加速度矢量或者上述加加速度的矢量的終點的接線的接線顯示中的至少一種。優選由操作者選擇顯示形式選擇部24的顯示形式。或者也可以根據加速度或者加加速度的方向和大小來自動決定顯示形式。遵照選擇的顯示形式，與刀具5的尖端點的軌跡對應地在顯示部25上顯示加速度或者加加速度。圖3以及圖4是表示基於本發明的刀具軌跡顯示裝置的動作的流程圖。下面，參照圖3以及圖4說明基於本發明的刀具軌跡顯示裝置20的動作。首先，在步驟SI中設定t=0、n=l、N=0。這裡，t是以預定的控制周期為單位的時間，η是表示坐標值的號碼的值，N表示坐標值的總數。接著，在步驟S2中，位置數據取得部21從指令製作部17取得時刻t時的各驅動軸的指令位置Pc (t)。然後，在步驟S3中，取得由位置檢測器11 15檢出的時刻t時的各驅動軸的檢測值Pf (t)。接著，在步驟S4中，刀具坐標值計算部22根據各驅動軸的指令位置Pc (t)和工具機I的結構(機械結構信息)計算時刻t時的刀具指令坐標值Pen。同樣，在步驟S5中，刀具坐標值計算部22根據各驅動軸的檢測值Pf (t)和工具機I的結構(機械結構信息)計算時刻t時的刀具實際坐標值Pfn。這些刀具指令坐標值Pcn以及刀具實際坐標值Pfn存儲在刀具軌跡顯示裝置20的存儲部(未圖示)內(步驟S6、步驟S7)。這裡說明刀具指令坐標值Pcn以及刀具實際坐標值Pfn的計算方法。再次參照圖1，設五個驅動軸的坐標分別為X (t)、y (t)、z (t)、a (t)、b (t)。並且，當設A軸和B軸的交點為M時，交點M的坐標用(x (t)、y (t)、z (t))表示。當把從交點M到刀具5的尖端的長度作為L，把刀具5朝向正下方的位置作為A軸以及B軸的基準位置(原點)時，刀具5尖端的坐標如下表示。Px (t) =x (t) + LX cos (a (t)) X sin (b (t))
Py (t) =y (t) + LX sin (a (t))Pz (t) =z (t) —LXcos (a (t)) Xcos (b (t))這樣，通過五個驅動軸的位置信息和機械結構的條件能夠計算刀具5的尖端的坐標。接著，在圖3的步驟S8中判定時刻t是否超過預定的結束時間。然後，在判定為「否」的情況下，在步驟S9中進一步判定是否經過了採樣時間At (與控制周期對應)。在未經過採樣時間Λ t的情況下，在採樣時間Λ t經過前待機，當採樣時間Λ t經過時前進到步驟 S10。在步驟SlO中設定t — t + Δ t、n — η + I,返回步驟S2。然後,在時刻t超過預定的結束時間之前重複步驟S2到步驟S8的處理。由此，刀具坐標值計算部22能夠根據指 令值時間系列數據和檢測值時間系列數據分別製作刀具5的尖端點的指令軌跡以及實際軌跡。接著，在步驟Sll以及步驟S12中分別設定N=n — l、n=2。然後在步驟S13中，力口速度計算部23使用刀具指令坐標值Pcn — I、Pen、Pcn + I計算加速度Acn。同樣在步驟S14中，加速度計算部23使用實際坐標值Pfn — I、PfruPfn + I計算加速度Afn。在這樣從三個坐標值計算加速度的情況下，可知能夠用短的處理時間算出加速度。此外，假定以下的運算也由加速度計算部23進行。接著，在步驟S15以及步驟S16中，在顯示形式選擇部24中分別選擇加速度Acn、Afn的顯示形式。然後在步驟S17以及步驟S18中，遵照選擇的顯示形式在顯示部25上顯示加速度Acn、Afn。接著，在圖4的步驟S19中判定η是否在N以上。然後，在判定為「否」的情況下，在步驟S20中設定η — η + 1，返回步驟S13。然後，在η成為N以上之前，重複步驟S13 步驟S19的處理。接著在步驟S21中設定η=2、N — N — I。然後，在步驟S22中，從加速度Ac (η )、Ac (η + I)計算刀具指令坐標值Pcn中的加加速度Jen。同樣在步驟S23中，從加速度Af(n)、Af (η + I)計算實際坐標值Pfn中的加加速度Jfn。在本發明中希望留意，因為使用兩個加速度計算加加速度，所以使用至少四個刀具的坐標值。在從四個坐標值計算加加速度的情況下，可知能夠用短的處理時間計算加加速度。接著，在步驟S24以及步驟S25中，在顯示形式選擇部24中分別選擇加加速度JcruJfn的顯示形式。然後，在步驟S26以及步驟S27中，遵照選擇的顯示形式在顯示部25上顯示加加速度Jen、Jfn。此外,優選加加速度Jen、Jfn在顯示部25的別的場所顯示，以便不與加速度Acn、Afn重疊。其後,在步驟S28中判定為η 3 N的情況下結束處理。在判定為不是η 3 N的情況下在步驟S29中設定η — η + 1，在成為η ^ N之前重複步驟S22 步驟S27的處理。這裡，參照圖5說明加速度的計算。設以下的計算由加速度計算部23進行。如圖5所示,設時刻t時的點P(t)的位置矢量為廣丨/丨、時刻Δ 後的點P(t+At)的位置矢量為
Ρ( + Δ^。在這種情況下，通過式(I)計算點P(t)處的速度矢量。然後，如式(2)所示當用其大小除速度矢量@時，求點P(t)處的切線方向的單位矢量^。
權利要求
1.一種工具機的刀具軌跡顯示裝置(20)，用於顯示工具機(I)的刀具(5)的尖端點的軌跡，上述工具機(I)使用數值控制裝置(16)通過多個驅動軸控制上述刀具(5)以及被加工物中至少一方的位置以及姿勢，所述刀具軌跡顯示裝置的特徵在於，具有 指令製作部(17)，用於製作針對上述多個驅動軸的每一預定的控制周期的位置指令； 位置檢測器(11 15)，它們被安裝在上述多個驅動軸的各個驅動軸上，用於在上述每一預定的控制周期檢測上述多個驅動軸的各自的位置； 位置數據取得部(21)，用於取得通過上述指令製作部(17)製作的上述每一預定的控制周期的位置指令作為指令值時間系列數據，並且取得通過上述位置檢測器(11 15)在上述每一預定的控制周期檢測出的位置檢測值作為檢測值時間系列數據； 刀具坐標值計算部(22)，用於根據上述指令值時間系列數據以及上述工具機(I)的結 構，與上述指令值時間系列數據對應地計算上述刀具(5)的尖端點的刀具指令坐標值，並且根據上述檢測值時間系列數據以及上述工具機(I)的結構，與上述檢測值時間系列數據對應地計算上述刀具(5)的尖端點的刀具實際坐標值； 加速度計算部(23)，用於使用上述刀具指令坐標值中的至少三個數據計算上述刀具(5)的尖端點的加速度或者加加速度，並且使用上述刀具實際坐標值中的至少三個數據計算上述刀具的尖端點的加速度或者加加速度；和 顯示形式選擇部(24)，用於選擇分別形成上述刀具(5)的尖端點的軌跡的上述刀具指令坐標值以及上述刀具實際坐標值的上述加速度或者上述加加速度的顯示形式，該顯示形式選擇部(24)執行與上述加速度或者上述加加速度的方向和大小對應地用顏色區分上述刀具的尖端點的軌跡的彩色顯示、把上述加速度或者上述加加速度作為加速度矢量或者加加速度矢量在上述刀具的尖端點的軌跡上顯示的矢量顯示、和顯示將鄰接的上述加速度矢量或者上述加加速度矢量的終點互相連接的接線的接線顯示中的至少一種， 所述刀具軌跡顯示裝置還具有 顯示部(25)，用於遵照通過上述顯示形式選擇部(24)選擇的顯示形式，與上述刀具的尖端點的軌跡一起顯示上述加速度或者上述加加速度。
2.根據權利要求I所述的刀具軌跡顯示裝置，其特徵在於， 上述加速度計算部(23)使用上述刀具指令坐標值以及上述刀具實際坐標值的連續的至少三個數據計算切線方向或者法線方向的加速度。
3.根據權利要求I所述的刀具軌跡顯示裝置，其特徵在於， 上述加速度計算部(23)使用上述刀具指令坐標值以及上述刀具實際坐標值的連續的至少四個數據計算切線方向或者法線方向的加加速度。
4.根據權利要求I所述的刀具軌跡顯示裝置，其特徵在於， 上述顯示形式選擇部(24)，根據上述加速度或者上述加加速度的方向以及大小，變更上述刀具尖端點的軌跡、上述加速度矢量、上述加加速度矢量、上述加速度矢量的接線、以及上述加加速度矢量的接線中的至少一個的顏色，或者使該顏色的濃淡變化，顯示在上述顯示部上。
5.根據權利要求I所述的刀具軌跡顯示裝置，其特徵在於， 上述顯示形式選擇部(24)在上述顯示部上顯示上述法線方向的加速度矢量或者上述法線方向的加加速度矢量，上述法線方向的加速度矢量或者上述法線方向的加加速度矢量把連接上述刀具指令坐標值或者上述刀具實際坐標值的互相鄰接的數據的直線或者曲線中的預定的多個點作為始點，並且把相對於該預定的多個點的各個點處的切線垂直地通過預定的點的直線與上述法線方向的加速度矢量的接線或者上述法線方向的加加速度矢量的接線的交點作為終點。
6.根據權利要求I所述的刀具軌跡顯示裝置，其特徵在於， 上述顯示形式選擇部(24)變更由上述加速度矢量或者上述加加速度矢量和上述接線和上述刀具尖端點的軌跡包圍的面的顏色、或者使該顏色的濃淡變化，顯示在上述顯示部(25)上。
7.根據權利要求I所述的刀具軌跡顯示裝置，其特徵在於， 上述顯示形式選擇部(24)把上述加速度矢量、上述加加速度矢量、上述加速度矢量的 接線、以及上述加加速度矢量的接線中的至少一個在上述加速度矢量或者上述加加速度矢量的方向上以任意的倍率放大或者縮小。
全文摘要
一種刀具軌跡顯示裝置，具有根據多個驅動軸的位置指令的指令值時間系列數據、多個驅動軸的位置檢測值的檢測值時間系列數據和工具機的結構計算刀具指令坐標值及刀具實際坐標值的刀具坐標值計算部；計算刀具指令坐標值及刀具實際坐標值中的刀具尖端點的加速度的加速度計算部；選擇刀具指令坐標值及刀具實際坐標值的加速度的顯示形式的顯示形式選擇部，顯示形式選擇部進行根據加速度的方向和大小用顏色區分刀具的尖端點的軌跡的彩色顯示、把加速度作為加速度矢量在刀具的尖端點的軌跡上顯示的矢量顯示、顯示將鄰接的加速度矢量的終點互相連接的接線的接線顯示中的至少一種。由此，能容易地進行驅動軸或者刀具的實際位置對於指令位置的形狀誤差的分析。
文檔編號G05B19/406GK102955449SQ20121024174
公開日2013年3月6日 申請日期2012年7月12日 優先權日2011年8月25日
發明者手塚淳一, 小川肇 申請人:發那科株式會社