工作機械の工具軌跡表示装置
【課題】３次元形状を直感的に認識可能な工作機械の軌跡表示装置を提供する。
【解決手段】数値制御装置２０は、指令位置演算部２１により求められた指令位置に基づいて、各軸モータを制御する駆動軸制御部２２とを備え、位置検出装置によって検出された各軸の実位置情報がフィードバックされる。軌跡表示装置３０は、駆動軸制御部２２から離散的な時刻における実位置データを同時に時系列データとして取得する実位置データ取得部３２、可動部３次元軌跡計算部３４、可動部３次元軌跡計算部３４で求めた可動部の３次元軌跡から、立体視用左眼画像データを計算する左眼用画像計算部３６，立体視用左眼画像データを計算する右眼用画像計算部３８、左眼用画像計算部３６からの立体視用左眼画像データ，右眼用画像計算部３８からの立体視用左眼画像データを用いて、画像を対応する左右のそれぞれの眼から見えるように表示する立体視用画像表示部４３を備える。
【解決手段】数値制御装置２０は、指令位置演算部２１により求められた指令位置に基づいて、各軸モータを制御する駆動軸制御部２２とを備え、位置検出装置によって検出された各軸の実位置情報がフィードバックされる。軌跡表示装置３０は、駆動軸制御部２２から離散的な時刻における実位置データを同時に時系列データとして取得する実位置データ取得部３２、可動部３次元軌跡計算部３４、可動部３次元軌跡計算部３４で求めた可動部の３次元軌跡から、立体視用左眼画像データを計算する左眼用画像計算部３６，立体視用左眼画像データを計算する右眼用画像計算部３８、左眼用画像計算部３６からの立体視用左眼画像データ，右眼用画像計算部３８からの立体視用左眼画像データを用いて、画像を対応する左右のそれぞれの眼から見えるように表示する立体視用画像表示部４３を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械の可動部の３次元軌跡を、左右の視差を利用した立体視の技術を用いて表示する機能を備えた表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械では、数値制御装置によって制御された複数の駆動軸によって工具先端部の位置が制御される。この工具先端部の３次元軌跡を、ある平面に投影することで２次元画像として表示装置の画面上に表示することができる。特許文献１には、工具先端部の３次元軌跡上の位置と各軸の波形データにおける時間軸上の位置との対応を視覚的に捉えることができる表示装置の技術が開示されている。
【０００３】
ところで、立体形状を表示装置に立体表示する技術がある。例えば、特許文献２には、光源をスリット化することで立体視を行う立体視表示装置の技術が開示されている。また、特許文献３には、可視光領域を左眼用、右眼用の周波数帯域に分割することで立体視を行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−４３８７４号公報
【特許文献２】特開平７−１８１４２９号公報
【特許文献３】特公平２−４６９２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
工具先端部の３次元軌跡をある平面に投影した２次元画像として画面上に表示する場合、３次元軌跡を２次元情報に変換する必要がある。２次元情報には、工具先端部の３次元軌跡の奥行情報が含まれていない。そのため、２次元画像では、工具先端部の３次元軌跡が、表示画面の手前に向いているのか、奥を向いているのかを正確に捉えることが困難である。
そこで本発明の目的は、左右の視差を利用した立体視の技術を応用することで、従来の平面的な表示では困難であった可動部の軌跡の３次元形状を直感的に認識可能な工作機械の軌跡表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願の請求項１に係る発明は、数値制御装置を用いて複数の駆動軸によって工具および加工物の位置や姿勢を制御する工作機械の可動部の３次元軌跡を表示する可動部軌跡表示装置であって、前記各駆動軸の各時刻における実位置情報を同時に時系列データとして取得し記憶するデータ取得部と、前記各駆動軸の各時刻における実位置情報と前記工作機械の機械構成の情報とを用いて、前記加工物に固定された座標系からみた、可動部の３次元座標値を計算し、該可動部の３次元の軌跡を求める可動部軌跡演算部と、前記可動部軌跡演算部で求めた可動部の３次元の軌跡から、立体視用左眼用画像データと立体視用右眼用画像データを求める立体視用画像生成部と、前記立体視画像生成部で求めた立体視用左眼用画像データと立体視用右眼用画像データを、対応する左右ぞれぞれの眼から見えるように表示することを特徴とする立体視用画像表示部と、を備えたことを特徴とする工作機械の軌跡表示装置である。
【０００７】
請求項２に係る発明は、前記複数の可動軸は少なくとも１つの回転軸を含み、前記可動部軌跡演算部は前記工具の工具先端部の３次元の軌跡を求め、前記立体視用画像生成部は、前記工具先端部の３次元の軌跡から、立体視用左眼用画像データと立体視用右眼用画像データを求めることを特徴とする請求項１記載の工作機械の軌跡表示装置である。
請求項３に係る発明は、前記各駆動軸の各時刻における指令位置情報を同時に時系列データとして取得する指令位置データ取得部と、前記各駆動軸の各時刻における指令位置情報と前記工作機械の機械構成の情報とを用いて、前記加工物に固定された座標系からみた、前記可動部または前記工具先端部の指令座標値を計算し、該可動部または該工具先端部の指令軌跡を求める可動部指令軌跡演算部と、前記指令軌跡に対する前記可動部または前記工具先端部の実位置軌跡の軌跡誤差を求める軌跡誤差計算部と、前記軌跡誤差計算部で求められた前記軌跡誤差を、前記指令軌跡に対してあらかじめ設定した倍率で拡大して、前記軌跡誤差を強調した３次元軌跡データを生成する誤差拡大３次元軌跡生成部と、前記誤差拡大３次元軌跡生成部で得られた前記軌跡誤差を強調した３次元軌跡データから、立体視用左眼用画像データと立体視用右眼用画像データを求める立体視用画像生成部と、を備えたことを特徴とする請求項１または２のいずれか一つに記載の工作機械の軌跡表示装置である。
【０００８】
請求項４に係る発明は、前記工具の中心軸上で、先端部から工具の根元方向へあらかじめ設定した距離だけ離れた点を工具ベクトル始点とし、前記各駆動軸の前記各時刻における位置情報と前記工作機械の機械構成の情報とを用いて、前記加工物に固定された座標系から見た、前記工具ベクトル始点の３次元座標を計算し、前記工具ベクトル始点と前記工具先端部とを結ぶ工具ベクトルと、前記工具先端部の３次元軌跡データから、立体視用左眼用画像データと立体視用右眼用画像データを求める立体視用画像生成部と、を備えたことを特徴とする請求項２に記載の工作機械の軌跡表示装置である。
請求項５に係る発明は、前記立体視用画像生成部で生成された立体視用画像データ上に、ある時刻に対応した点を強調して表示し、時刻の変化による工具の移動に合わせて強調表示した点が軌跡上を移動して表示されることを特徴とする請求項１または２に記載の工作機械の軌跡表示装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、左右の視差を利用した立体視の技術を応用することで、従来の平面的な表示では困難であった可動部の軌跡の３次元形状を直感的に認識可能な工作機械の軌跡表示装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態１に係る軌跡表示装置を含むシステムの概略構成を説明する図である。
【図２】本発明の実施形態２に係る軌跡表示装置を含むシステムの概略構成を説明する図である。
【図３】工具ヘッド回転型の５軸加工機の一例の外観斜視図である。
【図４】立体視画像の作成方法を説明する図である。
【図５】左眼用画像と右眼用画像とを立体視可能な表示器に表示させることによって立体視が可能となることを説明する図である。
【図６】工具先端部の実位置軌跡を立体視表示する処理の一例を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施形態３に係る軌跡表示装置を含むシステムの概略構成を説明するフローチャートである。
【図８】３次元軌跡誤差を説明する図である。
【図９】条件を満たす線分が複数存在する場合を説明する図である。
【図１０】条件を満たす線分が存在しない場合を説明する図である。
【図１１】誤差の拡大表示を説明する図である。
【図１２】指令軌跡に対する実位置軌跡の誤差を拡大表示することを説明する図である。
【図１３−１】工具先端部の実位置の誤差を求める処理の一例を示すフローチャートである（その１）。
【図１３−２】工具先端部の実位置の誤差を求める処理の一例を示すフローチャートである（その２）。
【図１４】工具ベクトルを説明する図である。
【図１５】工具ベクトルを立体表示する処理の一例を示すフローチャートである。
【図１６】マーカー表示を説明する図である。
【図１７】本発明を適用した一実施形態の工作機械の軌跡表示装置の構成を概略で示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は、本発明の実施形態１に係る軌跡表示装置を含むシステムの概略構成を説明する図である。本発明の実施形態１は、工作機械１０の可動部の実位置の３次元軌跡を表示するものである。工作機械１０の機構部に、ｘ軸用モータ１０ｘ，ｙ軸用モータ１０ｙ，ｚ軸用モータ１０ｚ，Ａ軸用モータ１０Ａ，Ｂ軸用モータ１０Ｂを備え、ｘ軸，ｙ軸，ｚ軸を直線軸、Ａ軸，Ｂ軸を回転軸とする５軸加工機械である。工作機械１０に備わった各軸のモータ１０ｘ，１０ｙ，１０ｚ，１０Ａ，１０Ｂは、数値制御装置２０によって制御される。
【００１２】
数値制御装置２０は、各時刻において工作機械１０の各軸が位置すべき指令位置を求める指令位置演算部２１と、指令位置演算部２１により求められた指令位置に基づいて、各軸モータ１０ｘ，１０ｙ，１０ｚ，１０Ａ，１０Ｂの動作を制御する駆動軸制御部２２とを備えている。各軸モータには位置検出装置（図示せず）が設けられており、位置検出装置によって検出された各軸の実位置情報は数値制御装置２０にフィードバックされる。
【００１３】
軌跡表示装置３０は、数値制御装置２０の駆動軸制御部２２から離散的な時刻における各軸の実位置の情報である実位置データを同時に時系列データとして取得する実位置データ取得部３２、可動部３次元軌跡計算部３４、可動部３次元軌跡計算部３４で求めた可動部の３次元軌跡から、立体視用左眼画像データを計算する左眼用画像計算部３６，立体視用左眼画像データを計算する右眼用画像計算部３８、左眼用画像計算部３６からの立体視用左眼画像データ，右眼用画像計算部３８からの立体視用左眼画像データを用いて、該画像データに基づく画像を対応する左右のそれぞれの眼から見えるように表示する立体視用画像表示部４３を備える。
【００１４】
可動部３次元軌跡計算部３４は、前記各軸の実位置の情報と工作機械１０の機械構成の情報とを用いて、工作機械１０によって加工される加工物に固定された座標から見た、可動部の３次元座標値を計算し、前記可動部の３次元軌跡を求める計算部である。実位置データ取得部３２で取得された離散的なデータは必要に応じて図示しないメモリに保存される。他の実施形態においても同様である。
【００１５】
図２には本発明の実施形態２が示されている。実施形態１が可動部の３次元軌跡を表示するものであるのに対し、実施形態２は可動部の一つの代表点の例である工具先端点（工具先端部）の３次元軌跡を表示するものである。工具先端部３次元軌跡計算部３４ａは、実位置データ取得部３２から同時に時系列データとして受け取った各軸の実位置の情報と工作機械１０の機械構成の情報とを用いて、工作機械１０によって加工される加工物に固定された座標から見た、工具の先端点（工具先端部）の３次元軌跡を求める計算部である。そして、左眼用画像計算部３６，右眼用画像計算部３８によりそれぞれの眼に対応した立体視用左眼画像データが計算され、それぞれの画像データに基づく画像が対応する左右のそれぞれの眼から見えるように立体視用画像表示部４３ｂに表示され前記指令軌跡が立体視表示される。
【００１６】
ここで、工具３の先端部の座標の求め方について、５軸加工機を例として説明する。
図３は、工具ヘッド回転型の５軸加工機の一例の外観斜視図である。Ｘ，Ｙ，Ｚ軸が直線軸、Ａ，Ｂ軸が回転軸である。時刻ｔにおけるこれら５軸の座標をそれぞれｘ（ｔ），ｙ（ｔ），ｚ（ｔ），ａ（ｔ），ｂ（ｔ）とする。テーブル２上に加工される被加工物（図示せず）を搭載する。工具３の先端部は、Ｘ，Ｙ，Ｚの直線軸、および、Ａ，Ｂの回転軸によってワークに対して相対的に移動する。
【００１７】
機械構成が工具ヘッド回転型である５軸加工機の２つの回転軸（Ａ軸，Ｂ軸）の回転中心となる軸の交点をＭとすると、加工物に固定された座標系を考えて、原点を適当にとれば、点Ｍの座標は（ｘ（ｔ），ｙ（ｔ），ｚ（ｔ））となる。点Ｍから工具先端部までの長さをＬとし、工具３が真下を向いた位置をＡ，Ｂ軸の基準位置（原点）とすると、工具先端部Ｐｅの座標（ＰｏｓＸ（ｔ），ＰｏｓＹ（ｔ），ＰｏｓＺ（ｔ））は、数１式により計算される。
【００１８】
【数１】
【００１９】
このように、５軸分の位置情報と機械構成の条件により工具３の先端部の座標を計算することができる。
【００２０】
次に、立体視用画像の作成方法を説明する。工具先端部の座標から得られる三次元軌跡から、左眼用画像と右眼用画像を作成する。右眼用画像の作成方法の例として図４に示される立方体を考える。スクリーンを通して立方体上の点Ｒ1を右眼で見た場合、右眼の位置をＲ0とし、点Ｒ0と点Ｒ1とを結ぶ直線と、スクリーンとの交点をＲとすると、点Ｒが点Ｒ1をスクリーン上に投影した点になる。したがって、点Ｒ1を立方体上で移動させながら交点Ｒを求めることにより、立方体をスクリーンに投影することができる。こうして得られた投影画像が右眼用画像となる。交点Ｒの位置は数２式により計算される。
【００２１】
【数２】
【００２２】
そして、右眼用画像も左眼用画像と同様の方法で作成できる。
作成された左眼用画像と右眼用画像は、図５に示したような立体視可能な表示器に表示させることによって立体視が可能となる。
【００２３】
図６は、工具先端部の実位置軌跡を立体視表示する処理を説明するフローチャートである。以下、各ステップに従って説明する。
●［ステップＳＡ０１］ｔに開始時刻を入力する。
●［ステップＳＡ０２］ｔにおける各軸の位置データを取得する。
●［ステップＳＡ０３］工具先端部の座標値に変換する。この変換は、ステップＳＡ０２で取得した各軸の位置データと工作機械の機械構成の情報を用いて、加工物に固定された座標系からみた、工具先端部の３次元座標値を計算することである。
●［ステップＳＡ０４］工具先端部の座標値から左眼用画像データを作成する。
●［ステップＳＡ０５］工具先端部の座標値から右眼用画像データを作成する。
●［ステップＳＡ０６］表示部に左眼用画像と右眼用画像を表示する。
●［ステップＳＡ０７］時刻ｔは終了時刻以上か否か判断し、以上でない場合にはステップＳＡ０８へ移行し、以上の場合には処理を終了する。
●［ステップＳＡ０８］サンプリング時間間隔Δｔの経過か否か判断し、Δｔ経過するのを待ってステップＳＡ０９へ移行する。
●［ステップＳＡ０９］現在の時刻ｔにサンプリング時間間隔Δｔを加算し、新たに現在の時刻ｔとし、ステップＳＡ０２へ戻り処理を継続する。
【００２４】
上述した本発明の実施形態１，２で説明したように、工作機械の例えば工具先端部などの可動部の代表点の実位置軌跡は３次元曲線を有する。前記実位置軌跡は数値制御装置２０から指令される指令軌跡から誤差が生じる。ここでは、この３次元曲線の誤差、すなわち指令された軌跡に対する実際の軌跡のずれ（以下、「３次元軌跡誤差」という）を直感的に認識可能な工作機械の軌跡表示装置の実施形態３を説明する。
【００２５】
図７は、本発明の実施形態３に係る軌跡表示装置を含むシステムの概略構成を説明する図である。ここでは、可動部の代表点として工具先端部を例として説明する。実施形態２に係る軌跡表示装置３０は、図２の実施形態２の軌跡表示装置３０において、数値制御装置２０の指令位置演算部２１から離散的な時刻における指令位置データを同時に取得する指令位置データ取得部３１、指令軌跡計算部３３、指令軌跡用左眼用画像計算部３５、指令軌跡用右眼用画像計算部３７を更に備えている。なお、指令位置データ取得部で取得されたデータは必要に応じて図示しないメモリに保存される。
【００２６】
指令軌跡計算部３３は、各軸の前記実位置の情報と工作機械１０の機械構成の情報とを用いて、工作機械１０によって加工される加工物に固定された座標から見た、工具先端部の指令位置座標値を計算し、前記工具先端部の指令軌跡を求める計算部である。そして、指令軌跡計算部３３で求めた工具先端部の指令軌跡から、左眼用画像計算部３５で立体視用左眼画像データ，右眼用画像計算部３７で立体視用左眼画像データが計算され、それぞれの画像データに基づく画像が対応する左右のそれぞれの眼から見えるように立体視用画像表示部４３ａに表示され前記指令軌跡が立体視表示される。
【００２７】
実施形態３では更に、３次元軌跡誤差を直感的に認識可能とするため、指令軌跡計算部３３で計算された指令軌跡に対する工具先端部の実位置軌跡の軌跡誤差が誤差計算部３９において計算される。そして、誤差拡大３次元軌跡生成部４０において、誤差計算部３９で計算された軌跡誤差をあらかじめ設定した倍率で拡大し、該軌跡誤差を強調した３次元軌跡データが生成される。次に、左眼用画像計算部４１，右眼用画像計算部４２によりそれぞれの眼に対応した立体視用左眼画像データが計算され、それぞれの画像データに基づく画像が対応する左右のそれぞれの眼から見えるように立体視用画像表示部４３ａに表示され軌跡誤差を強調した３次元軌跡が立体視表示される。なお、実施形態３を、少なくとも軌跡誤差を強調した３次元軌跡のみが立体視表示されるようにしてもよい。
【００２８】
図８は、３次元軌跡誤差を説明する図である。ｎ番目の指令位置をＰｎとし、ｍ番目の実位置をＱｍとする。指令軌跡を構成する全ての線分について、点Ｑｍから垂線を下ろす。このとき、垂線が線分上で交わるものだけを考える。図９に示されるように、このような条件を満たす垂線が複数存在する場合には、垂線の長さが最も短いものを選択する。そして、指令軌跡を構成する全ての点と実位置Ｑｍとを結ぶ線分の内、線分の長さが最も短いものと、先ほど選択した垂線の長さが最も短いものとを比較して、より長さが短い方を誤差ベクトル、その長さを誤差とする。また、図１０は、条件を満たす線分が存在しない場合を説明する図である。条件を満たす線分が存在しない場合には、各指令位置Ｐｎまでの距離を計算し、距離の最小値を誤差とする。
【００２９】
一般に、誤差量は小さい。そこで、誤差を視覚的に認識し易いようにすることが望ましい。図１１は、誤差の拡大表示を説明する図である。誤差ベクトルを所定の倍率で拡大し、Ｑｍに対してＱｍ’を求める。Ｑｍ’を結んだ軌跡を誤差拡大後の軌跡として表示する。本発明の実施形態３では、実位置の誤差の大きい個所を視覚的に認識しやすいようにすることができる。具体的には、図１１に示すように、各実位置から指令軌跡に延びる垂線を、該実位置から指令軌跡の反対側に垂直方向に（すなわち向きを変えずに）所定の倍率で延長し、延長された垂線の端点を結んで実位置の軌跡として計算する。
【００３０】
図１１の例では、実位置Ｑｍの誤差を表す垂線５２を例えば２倍に延長して実位置Ｑｍ’を得、さらに実位置Ｑｍ＋１の誤差を表す垂線５５を例えば２倍に延長して実位置Ｑｍ＋１’を得ている。このようにすれば、例えば実位置Ｑｍ及びＱｍ＋１に基づく実位置軌跡５２が図１２（ａ）に示す程度に指令軌跡から乖離している場合、図１２（ｂ）に示すように、実位置Ｑｍ’及びＱｍ＋１’に基づく実位置軌跡では実際よりも誤差が誇張される。
【００３１】
図１２は、指令軌跡に対する実位置軌跡の誤差を拡大表示することを説明する図である。したがって、作業者は、誤差の大きい実位置をより容易に見出すことができる。なお、図１０に示されるように垂線が存在しない場合でも同様に、所定倍率で実位置側に拡大するとよい。指令軌跡と誤差を拡大した実位置軌跡とを立体視表示することによって、誤差が発生した位置と方向とを視覚的に認識し易くなる。
【００３２】
図１３−１は、工具先端部の実位置の誤差を求める処理の一例を示すフローチャートである。以下、各ステップに従って説明する。
●［ステップＳＢ０１］離散的な各時刻における各駆動軸における指令位置情報を同時に取得する。
●［ステップＳＢ０２］離散的な各時刻における各駆動軸の実位置情報を取得する。
●［ステップＳＢ０３］各駆動軸における指令位置情報と工作機械の機械構成の情報とを用いて、工具先端部の指令軌跡を求める。
●［ステップＳＢ０４］各駆動軸における実位置情報と工作機械の機械構成の情報とを用いて、工具先端部の実位置軌跡を求める。
●［ステップＳＢ０５］工具先端部の指令軌跡の離散点を結ぶベクトルＳを作成する。
●［ステップＳＢ０６］工具先端部の実位置軌跡の離散点と前記実位置軌跡の離散点を取得した時刻から所定時間内のベクトルＳの内分点とを結ぶベクトルＴを作成する。ベクトルＴの始点は、指令軌跡の離散点あるいはベクトルＳを形成する線分の上にある。
●［ステップＳＢ０７］ベクトルＳとベクトルＴとが直交する場合のベクトルＴを誤差ベクトル、その長さを誤差量とする。
●［ステップＳＢ０８］所定時間内に誤差ベクトルが複数存在する場合には、その長さが最も短いものを誤差ベクトル、その長さを誤差量とする。
●［ステップＳＢ０９］所定時間内の指令軌跡の離散点と実位置軌跡の離散点とを結ぶ線分の内、線分の長さが最も短いものと、誤差ベクトルとを比較し、より長さが短い方を誤差ベクトルとする。その長さを誤差量とする。
●［ステップＳＢ１０］誤差ベクトルを予め設定した倍率で拡大し、拡大誤差ベクトルを求める。
●［ステップＳＢ１１］拡大誤差ベクトルの終点の座標から軌跡誤差を強調した３次元軌跡データを生成する。
●［ステップＳＢ１２］誤差ベクトルを求める実位置軌跡の離散点はあるか否か判断し、ある場合にはステップＳＢ０６に戻り処理を継続する。
●［ステップＳＢ１３］軌跡誤差を強調した３次元軌跡データから右眼用画像データを作成する。
●［ステップＳＢ１４］軌跡誤差を強調した３次元軌跡データから左眼用画像データを作成する。
●［ステップＳＢ１５］表示部に左眼用画像と右眼用画像とを表示し、処理を終了する。
【００３３】
ところで、被加工物を工具３の側面によって切削加工する場合がある。図１４は、工具ベクトルを説明する図である。工具側面により加工の場合、工具の傾きが切削面に影響を与える。図１４（ａ）に示されるように、被加工物を工具３の工具側面によって加工する場合、工具３が傾くと切削面に影響を与える。図１４（ｂ）は、工具の傾きを工具ベクトルとして表し、工具先端点軌跡に沿って各工具ベクトルを表示し、工具ベクトルの傾きがワークの切削面に影響を与えることを示している。そのため、工具先端部を終点とし該終点から工具の根元方向へあらかじめ設定した距離だけ離れた点を始点とする工具ベクトルを表示器上に表示させることで、切削面の状態の評価・解析が可能である。
【００３４】
工具ベクトルの終点である工具先端部Ｐｅは数１式によって求められる。工具中心軸上の点で工具先端部Ｐｅから点Ｍの方向へｄだけ離れた点を、工具ベクトル始点Ｐｓとする。工具ベクトル始点Ｐｓの座標（ＰｏｓＸ’（ｔ），ＰｏｓＹ’（ｔ），ＰｏｓＺ’（ｔ））は、数３式により計算される。
【００３５】
【数３】
【００３６】
点Ｍから工具先端部Ｐｅまでである工具の長さＬは、工具長として工作機械の数値制御装置に格納されている。このように、５軸分の位置情報と工作機械の機械構成の条件により、工具先端部Ｐｅおよび工具ベクトル始点Ｐｓの座標を計算することができる。
【００３７】
図１５は、工具ベクトルを立体表示する処理の一例を示すフローチャートである。以下、各ステップに従って説明する。
●［ステップＳＣ０１］時刻ｔに開始時刻を設定する。
●［ステップＳＣ０２］時刻ｔにおける各軸の位置データを取得する。
●［ステップＳＣ０３］工具先端部の座標値を計算する。
●［ステップＳＣ０４］工具先端部の座標値から左眼用画像データを作成する。
●［ステップＳＣ０５］工具先端部の座標値から右眼用画像データを作成する。
●［ステップＳＣ０６］表示部に工具先端部の左眼用画像と右眼用画像とを表示する。
●［ステップＳＣ０７］所定時間経過か否か判断し、所定時間経過していない場合にはステップＳＣ１３へ移行し、所定時間経過した場合にはステップＳＣ０８へ移行する。
●［ステップＳＣ０８］工具ベクトルの始点の座標値を計算する。
●［ステップＳＣ０９］工具ベクトルの始点と終点である工具先端部とを結ぶ線分を求める。
●［ステップＳＣ１０］線分のデータから左眼用画像データを作成する。
●［ステップＳＣ１１］線部のデータから右眼用画像データを作成する。
●［ステップＳＣ１２］表示部に線分の左眼用画像と右眼用画像とを表示する。
●［ステップＳＣ１３］時刻ｔは終了時刻を過ぎたか（終了時刻を含む）否か判断し、過ぎていない場合にはステップＳＣ１４へ移行し、過ぎた場合には処理を終了する。
●［ステップＳＣ１４］サンプリング時間Δｔの経過か否か判断し、Δｔ経過するのを待ってステップＳＣ１５へ移行する。
●［ステップＳＣ１５］現在の時刻ｔにサンプリング時間間隔Δｔを加算し、新たに現在の時刻ｔとし、ステップＳＣ０２へ戻り処理を継続する。
【００３８】
本発明により、少なくとも１つの回転軸を含む複数の駆動軸において工具および加工物の位置や姿勢を制御し、加工を行う工作機械の工具ベクトル表示装置において、実際のフィードバック情報を用いて工具先端点軌跡上の各点において被加工物に対する工具の向きを視覚的にわかり易く表示することができる。軌跡表示装置の表示画面に被加工物を立体表示するとともに工具ベクトルを立体表示することで切削面に与える影響を視覚的に認識し易くなる。
【００３９】
ところで、軌跡表示装置の表示画面に工具先端部などの可動部の軌跡を立体表示するだけでは、可動部の進行方向を視覚的に捉えることが困難である。そこで、軌跡を表示するとともにマーカーを表示画面に表示することにより視覚的に認識し易くする。図１６は、マーカー表示を説明する図である。工具先端部の実位置軌跡上、または実位置軌跡から計算される左眼用立体視用画像と右眼用立体視用画像を工具先端部の時系列データに沿ってマーカーを移動させることで、指令上の工具先端部の進行方向を視覚的に捉えることが容易になる。
【００４０】
図１７は、本発明を適用した一実施形態の工作機械の軌跡表示装置の構成を概略で示すブロック図である。プロセッサであるＣＰＵ１１１は、ＲＯＭ１１２に格納されたシステムプログラムに従って数値制御装置２０全体を制御する。ＲＡＭ１１３は、各種のデータあるいは入出力信号が格納される。不揮発性メモリ１１４に格納された各種のデータは電源切断後もそのまま保存される。
【００４１】
グラフィック制御回路１１５は、デジタル信号を表示用の信号に変換し、表示装置１１６に与える。キーボード１１７は、数値キー、文字キーなどを有する各種設定データを入力する手段である。
【００４２】
軸制御回路１１８は、ＣＰＵ１１１から各軸の移動指令を受けて軸の指令をサーボアンプ１１９に出力する。このサーボアンプ１１９は、この移動指令を受けて工作機械１０のサーボモータ（図示せず）を駆動する。これらの構成要素はバス１２１で互いに結合されている。
【００４３】
ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）１２２は、加工プログラムの実行時に、バス１２１経由でＴ機能信号（工具選択指令）などを受け取る。そして、この信号を、シーケンス・プログラムで処理して、動作指令として信号を出力し、工作機械１０を制御する。また、工作機械１０から状態信号を受けて、ＣＰＵ１１１に必要な入力信号を転送する。
【００４４】
更に、バス１２１には、システムプログラム等によって機能が変化するソフトウェアキー１２３、ＮＣデータを記憶装置などの外部機器に送るインタフェース１２４が接続されている。このソフトウェアキー１２３は、表示装置１１６、キーボード１１７と共に、表示装置／ＭＤＩパネル１２５に設けられている。
【符号の説明】
【００４５】
１０ 工作機械（機構部）
１０ｘ ｘ軸用モータ
１０ｙ ｙ軸用モータ
１０ｚ ｚ軸用モータ
１０Ａ Ａ軸用モータ
１０Ｂ Ｂ軸用モータ
２０ 数値制御装置
２１ 指令位置演算部
２２ 駆動軸制御部
３０ 軌跡表示装置
３１ 指令位置データ取得部
３２ 実位置データ取得部
３３ 指令軌跡計算部
３４ 可動部３次元軌跡計算部
３４ａ 工具先端部３次元軌跡計算部
３５ 指令軌跡用左眼用画像計算部
３６ 工具先端部３次元軌跡用左眼用画像計算部
３７ 指令軌跡用右眼用画像計算部
３８ 工具先端部３次元軌跡用右眼用画像計算部
３９ 軌跡誤差計算部
４０ 誤差拡大３次元軌跡生成部
４１ 工具先端部３次元軌跡用左眼用画像計算部
４２ 工具先端部３次元軌跡用右眼用画像計算部
４３，４３ａ，４３ｂ 立体視用画像表示部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械の可動部の３次元軌跡を、左右の視差を利用した立体視の技術を用いて表示する機能を備えた表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械では、数値制御装置によって制御された複数の駆動軸によって工具先端部の位置が制御される。この工具先端部の３次元軌跡を、ある平面に投影することで２次元画像として表示装置の画面上に表示することができる。特許文献１には、工具先端部の３次元軌跡上の位置と各軸の波形データにおける時間軸上の位置との対応を視覚的に捉えることができる表示装置の技術が開示されている。
【０００３】
ところで、立体形状を表示装置に立体表示する技術がある。例えば、特許文献２には、光源をスリット化することで立体視を行う立体視表示装置の技術が開示されている。また、特許文献３には、可視光領域を左眼用、右眼用の周波数帯域に分割することで立体視を行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−４３８７４号公報
【特許文献２】特開平７−１８１４２９号公報
【特許文献３】特公平２−４６９２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
工具先端部の３次元軌跡をある平面に投影した２次元画像として画面上に表示する場合、３次元軌跡を２次元情報に変換する必要がある。２次元情報には、工具先端部の３次元軌跡の奥行情報が含まれていない。そのため、２次元画像では、工具先端部の３次元軌跡が、表示画面の手前に向いているのか、奥を向いているのかを正確に捉えることが困難である。
そこで本発明の目的は、左右の視差を利用した立体視の技術を応用することで、従来の平面的な表示では困難であった可動部の軌跡の３次元形状を直感的に認識可能な工作機械の軌跡表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願の請求項１に係る発明は、数値制御装置を用いて複数の駆動軸によって工具および加工物の位置や姿勢を制御する工作機械の可動部の３次元軌跡を表示する可動部軌跡表示装置であって、前記各駆動軸の各時刻における実位置情報を同時に時系列データとして取得し記憶するデータ取得部と、前記各駆動軸の各時刻における実位置情報と前記工作機械の機械構成の情報とを用いて、前記加工物に固定された座標系からみた、可動部の３次元座標値を計算し、該可動部の３次元の軌跡を求める可動部軌跡演算部と、前記可動部軌跡演算部で求めた可動部の３次元の軌跡から、立体視用左眼用画像データと立体視用右眼用画像データを求める立体視用画像生成部と、前記立体視画像生成部で求めた立体視用左眼用画像データと立体視用右眼用画像データを、対応する左右ぞれぞれの眼から見えるように表示することを特徴とする立体視用画像表示部と、を備えたことを特徴とする工作機械の軌跡表示装置である。
【０００７】
請求項２に係る発明は、前記複数の可動軸は少なくとも１つの回転軸を含み、前記可動部軌跡演算部は前記工具の工具先端部の３次元の軌跡を求め、前記立体視用画像生成部は、前記工具先端部の３次元の軌跡から、立体視用左眼用画像データと立体視用右眼用画像データを求めることを特徴とする請求項１記載の工作機械の軌跡表示装置である。
請求項３に係る発明は、前記各駆動軸の各時刻における指令位置情報を同時に時系列データとして取得する指令位置データ取得部と、前記各駆動軸の各時刻における指令位置情報と前記工作機械の機械構成の情報とを用いて、前記加工物に固定された座標系からみた、前記可動部または前記工具先端部の指令座標値を計算し、該可動部または該工具先端部の指令軌跡を求める可動部指令軌跡演算部と、前記指令軌跡に対する前記可動部または前記工具先端部の実位置軌跡の軌跡誤差を求める軌跡誤差計算部と、前記軌跡誤差計算部で求められた前記軌跡誤差を、前記指令軌跡に対してあらかじめ設定した倍率で拡大して、前記軌跡誤差を強調した３次元軌跡データを生成する誤差拡大３次元軌跡生成部と、前記誤差拡大３次元軌跡生成部で得られた前記軌跡誤差を強調した３次元軌跡データから、立体視用左眼用画像データと立体視用右眼用画像データを求める立体視用画像生成部と、を備えたことを特徴とする請求項１または２のいずれか一つに記載の工作機械の軌跡表示装置である。
【０００８】
請求項４に係る発明は、前記工具の中心軸上で、先端部から工具の根元方向へあらかじめ設定した距離だけ離れた点を工具ベクトル始点とし、前記各駆動軸の前記各時刻における位置情報と前記工作機械の機械構成の情報とを用いて、前記加工物に固定された座標系から見た、前記工具ベクトル始点の３次元座標を計算し、前記工具ベクトル始点と前記工具先端部とを結ぶ工具ベクトルと、前記工具先端部の３次元軌跡データから、立体視用左眼用画像データと立体視用右眼用画像データを求める立体視用画像生成部と、を備えたことを特徴とする請求項２に記載の工作機械の軌跡表示装置である。
請求項５に係る発明は、前記立体視用画像生成部で生成された立体視用画像データ上に、ある時刻に対応した点を強調して表示し、時刻の変化による工具の移動に合わせて強調表示した点が軌跡上を移動して表示されることを特徴とする請求項１または２に記載の工作機械の軌跡表示装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、左右の視差を利用した立体視の技術を応用することで、従来の平面的な表示では困難であった可動部の軌跡の３次元形状を直感的に認識可能な工作機械の軌跡表示装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態１に係る軌跡表示装置を含むシステムの概略構成を説明する図である。
【図２】本発明の実施形態２に係る軌跡表示装置を含むシステムの概略構成を説明する図である。
【図３】工具ヘッド回転型の５軸加工機の一例の外観斜視図である。
【図４】立体視画像の作成方法を説明する図である。
【図５】左眼用画像と右眼用画像とを立体視可能な表示器に表示させることによって立体視が可能となることを説明する図である。
【図６】工具先端部の実位置軌跡を立体視表示する処理の一例を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施形態３に係る軌跡表示装置を含むシステムの概略構成を説明するフローチャートである。
【図８】３次元軌跡誤差を説明する図である。
【図９】条件を満たす線分が複数存在する場合を説明する図である。
【図１０】条件を満たす線分が存在しない場合を説明する図である。
【図１１】誤差の拡大表示を説明する図である。
【図１２】指令軌跡に対する実位置軌跡の誤差を拡大表示することを説明する図である。
【図１３−１】工具先端部の実位置の誤差を求める処理の一例を示すフローチャートである（その１）。
【図１３−２】工具先端部の実位置の誤差を求める処理の一例を示すフローチャートである（その２）。
【図１４】工具ベクトルを説明する図である。
【図１５】工具ベクトルを立体表示する処理の一例を示すフローチャートである。
【図１６】マーカー表示を説明する図である。
【図１７】本発明を適用した一実施形態の工作機械の軌跡表示装置の構成を概略で示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は、本発明の実施形態１に係る軌跡表示装置を含むシステムの概略構成を説明する図である。本発明の実施形態１は、工作機械１０の可動部の実位置の３次元軌跡を表示するものである。工作機械１０の機構部に、ｘ軸用モータ１０ｘ，ｙ軸用モータ１０ｙ，ｚ軸用モータ１０ｚ，Ａ軸用モータ１０Ａ，Ｂ軸用モータ１０Ｂを備え、ｘ軸，ｙ軸，ｚ軸を直線軸、Ａ軸，Ｂ軸を回転軸とする５軸加工機械である。工作機械１０に備わった各軸のモータ１０ｘ，１０ｙ，１０ｚ，１０Ａ，１０Ｂは、数値制御装置２０によって制御される。
【００１２】
数値制御装置２０は、各時刻において工作機械１０の各軸が位置すべき指令位置を求める指令位置演算部２１と、指令位置演算部２１により求められた指令位置に基づいて、各軸モータ１０ｘ，１０ｙ，１０ｚ，１０Ａ，１０Ｂの動作を制御する駆動軸制御部２２とを備えている。各軸モータには位置検出装置（図示せず）が設けられており、位置検出装置によって検出された各軸の実位置情報は数値制御装置２０にフィードバックされる。
【００１３】
軌跡表示装置３０は、数値制御装置２０の駆動軸制御部２２から離散的な時刻における各軸の実位置の情報である実位置データを同時に時系列データとして取得する実位置データ取得部３２、可動部３次元軌跡計算部３４、可動部３次元軌跡計算部３４で求めた可動部の３次元軌跡から、立体視用左眼画像データを計算する左眼用画像計算部３６，立体視用左眼画像データを計算する右眼用画像計算部３８、左眼用画像計算部３６からの立体視用左眼画像データ，右眼用画像計算部３８からの立体視用左眼画像データを用いて、該画像データに基づく画像を対応する左右のそれぞれの眼から見えるように表示する立体視用画像表示部４３を備える。
【００１４】
可動部３次元軌跡計算部３４は、前記各軸の実位置の情報と工作機械１０の機械構成の情報とを用いて、工作機械１０によって加工される加工物に固定された座標から見た、可動部の３次元座標値を計算し、前記可動部の３次元軌跡を求める計算部である。実位置データ取得部３２で取得された離散的なデータは必要に応じて図示しないメモリに保存される。他の実施形態においても同様である。
【００１５】
図２には本発明の実施形態２が示されている。実施形態１が可動部の３次元軌跡を表示するものであるのに対し、実施形態２は可動部の一つの代表点の例である工具先端点（工具先端部）の３次元軌跡を表示するものである。工具先端部３次元軌跡計算部３４ａは、実位置データ取得部３２から同時に時系列データとして受け取った各軸の実位置の情報と工作機械１０の機械構成の情報とを用いて、工作機械１０によって加工される加工物に固定された座標から見た、工具の先端点（工具先端部）の３次元軌跡を求める計算部である。そして、左眼用画像計算部３６，右眼用画像計算部３８によりそれぞれの眼に対応した立体視用左眼画像データが計算され、それぞれの画像データに基づく画像が対応する左右のそれぞれの眼から見えるように立体視用画像表示部４３ｂに表示され前記指令軌跡が立体視表示される。
【００１６】
ここで、工具３の先端部の座標の求め方について、５軸加工機を例として説明する。
図３は、工具ヘッド回転型の５軸加工機の一例の外観斜視図である。Ｘ，Ｙ，Ｚ軸が直線軸、Ａ，Ｂ軸が回転軸である。時刻ｔにおけるこれら５軸の座標をそれぞれｘ（ｔ），ｙ（ｔ），ｚ（ｔ），ａ（ｔ），ｂ（ｔ）とする。テーブル２上に加工される被加工物（図示せず）を搭載する。工具３の先端部は、Ｘ，Ｙ，Ｚの直線軸、および、Ａ，Ｂの回転軸によってワークに対して相対的に移動する。
【００１７】
機械構成が工具ヘッド回転型である５軸加工機の２つの回転軸（Ａ軸，Ｂ軸）の回転中心となる軸の交点をＭとすると、加工物に固定された座標系を考えて、原点を適当にとれば、点Ｍの座標は（ｘ（ｔ），ｙ（ｔ），ｚ（ｔ））となる。点Ｍから工具先端部までの長さをＬとし、工具３が真下を向いた位置をＡ，Ｂ軸の基準位置（原点）とすると、工具先端部Ｐｅの座標（ＰｏｓＸ（ｔ），ＰｏｓＹ（ｔ），ＰｏｓＺ（ｔ））は、数１式により計算される。
【００１８】
【数１】
【００１９】
このように、５軸分の位置情報と機械構成の条件により工具３の先端部の座標を計算することができる。
【００２０】
次に、立体視用画像の作成方法を説明する。工具先端部の座標から得られる三次元軌跡から、左眼用画像と右眼用画像を作成する。右眼用画像の作成方法の例として図４に示される立方体を考える。スクリーンを通して立方体上の点Ｒ1を右眼で見た場合、右眼の位置をＲ0とし、点Ｒ0と点Ｒ1とを結ぶ直線と、スクリーンとの交点をＲとすると、点Ｒが点Ｒ1をスクリーン上に投影した点になる。したがって、点Ｒ1を立方体上で移動させながら交点Ｒを求めることにより、立方体をスクリーンに投影することができる。こうして得られた投影画像が右眼用画像となる。交点Ｒの位置は数２式により計算される。
【００２１】
【数２】
【００２２】
そして、右眼用画像も左眼用画像と同様の方法で作成できる。
作成された左眼用画像と右眼用画像は、図５に示したような立体視可能な表示器に表示させることによって立体視が可能となる。
【００２３】
図６は、工具先端部の実位置軌跡を立体視表示する処理を説明するフローチャートである。以下、各ステップに従って説明する。
●［ステップＳＡ０１］ｔに開始時刻を入力する。
●［ステップＳＡ０２］ｔにおける各軸の位置データを取得する。
●［ステップＳＡ０３］工具先端部の座標値に変換する。この変換は、ステップＳＡ０２で取得した各軸の位置データと工作機械の機械構成の情報を用いて、加工物に固定された座標系からみた、工具先端部の３次元座標値を計算することである。
●［ステップＳＡ０４］工具先端部の座標値から左眼用画像データを作成する。
●［ステップＳＡ０５］工具先端部の座標値から右眼用画像データを作成する。
●［ステップＳＡ０６］表示部に左眼用画像と右眼用画像を表示する。
●［ステップＳＡ０７］時刻ｔは終了時刻以上か否か判断し、以上でない場合にはステップＳＡ０８へ移行し、以上の場合には処理を終了する。
●［ステップＳＡ０８］サンプリング時間間隔Δｔの経過か否か判断し、Δｔ経過するのを待ってステップＳＡ０９へ移行する。
●［ステップＳＡ０９］現在の時刻ｔにサンプリング時間間隔Δｔを加算し、新たに現在の時刻ｔとし、ステップＳＡ０２へ戻り処理を継続する。
【００２４】
上述した本発明の実施形態１，２で説明したように、工作機械の例えば工具先端部などの可動部の代表点の実位置軌跡は３次元曲線を有する。前記実位置軌跡は数値制御装置２０から指令される指令軌跡から誤差が生じる。ここでは、この３次元曲線の誤差、すなわち指令された軌跡に対する実際の軌跡のずれ（以下、「３次元軌跡誤差」という）を直感的に認識可能な工作機械の軌跡表示装置の実施形態３を説明する。
【００２５】
図７は、本発明の実施形態３に係る軌跡表示装置を含むシステムの概略構成を説明する図である。ここでは、可動部の代表点として工具先端部を例として説明する。実施形態２に係る軌跡表示装置３０は、図２の実施形態２の軌跡表示装置３０において、数値制御装置２０の指令位置演算部２１から離散的な時刻における指令位置データを同時に取得する指令位置データ取得部３１、指令軌跡計算部３３、指令軌跡用左眼用画像計算部３５、指令軌跡用右眼用画像計算部３７を更に備えている。なお、指令位置データ取得部で取得されたデータは必要に応じて図示しないメモリに保存される。
【００２６】
指令軌跡計算部３３は、各軸の前記実位置の情報と工作機械１０の機械構成の情報とを用いて、工作機械１０によって加工される加工物に固定された座標から見た、工具先端部の指令位置座標値を計算し、前記工具先端部の指令軌跡を求める計算部である。そして、指令軌跡計算部３３で求めた工具先端部の指令軌跡から、左眼用画像計算部３５で立体視用左眼画像データ，右眼用画像計算部３７で立体視用左眼画像データが計算され、それぞれの画像データに基づく画像が対応する左右のそれぞれの眼から見えるように立体視用画像表示部４３ａに表示され前記指令軌跡が立体視表示される。
【００２７】
実施形態３では更に、３次元軌跡誤差を直感的に認識可能とするため、指令軌跡計算部３３で計算された指令軌跡に対する工具先端部の実位置軌跡の軌跡誤差が誤差計算部３９において計算される。そして、誤差拡大３次元軌跡生成部４０において、誤差計算部３９で計算された軌跡誤差をあらかじめ設定した倍率で拡大し、該軌跡誤差を強調した３次元軌跡データが生成される。次に、左眼用画像計算部４１，右眼用画像計算部４２によりそれぞれの眼に対応した立体視用左眼画像データが計算され、それぞれの画像データに基づく画像が対応する左右のそれぞれの眼から見えるように立体視用画像表示部４３ａに表示され軌跡誤差を強調した３次元軌跡が立体視表示される。なお、実施形態３を、少なくとも軌跡誤差を強調した３次元軌跡のみが立体視表示されるようにしてもよい。
【００２８】
図８は、３次元軌跡誤差を説明する図である。ｎ番目の指令位置をＰｎとし、ｍ番目の実位置をＱｍとする。指令軌跡を構成する全ての線分について、点Ｑｍから垂線を下ろす。このとき、垂線が線分上で交わるものだけを考える。図９に示されるように、このような条件を満たす垂線が複数存在する場合には、垂線の長さが最も短いものを選択する。そして、指令軌跡を構成する全ての点と実位置Ｑｍとを結ぶ線分の内、線分の長さが最も短いものと、先ほど選択した垂線の長さが最も短いものとを比較して、より長さが短い方を誤差ベクトル、その長さを誤差とする。また、図１０は、条件を満たす線分が存在しない場合を説明する図である。条件を満たす線分が存在しない場合には、各指令位置Ｐｎまでの距離を計算し、距離の最小値を誤差とする。
【００２９】
一般に、誤差量は小さい。そこで、誤差を視覚的に認識し易いようにすることが望ましい。図１１は、誤差の拡大表示を説明する図である。誤差ベクトルを所定の倍率で拡大し、Ｑｍに対してＱｍ’を求める。Ｑｍ’を結んだ軌跡を誤差拡大後の軌跡として表示する。本発明の実施形態３では、実位置の誤差の大きい個所を視覚的に認識しやすいようにすることができる。具体的には、図１１に示すように、各実位置から指令軌跡に延びる垂線を、該実位置から指令軌跡の反対側に垂直方向に（すなわち向きを変えずに）所定の倍率で延長し、延長された垂線の端点を結んで実位置の軌跡として計算する。
【００３０】
図１１の例では、実位置Ｑｍの誤差を表す垂線５２を例えば２倍に延長して実位置Ｑｍ’を得、さらに実位置Ｑｍ＋１の誤差を表す垂線５５を例えば２倍に延長して実位置Ｑｍ＋１’を得ている。このようにすれば、例えば実位置Ｑｍ及びＱｍ＋１に基づく実位置軌跡５２が図１２（ａ）に示す程度に指令軌跡から乖離している場合、図１２（ｂ）に示すように、実位置Ｑｍ’及びＱｍ＋１’に基づく実位置軌跡では実際よりも誤差が誇張される。
【００３１】
図１２は、指令軌跡に対する実位置軌跡の誤差を拡大表示することを説明する図である。したがって、作業者は、誤差の大きい実位置をより容易に見出すことができる。なお、図１０に示されるように垂線が存在しない場合でも同様に、所定倍率で実位置側に拡大するとよい。指令軌跡と誤差を拡大した実位置軌跡とを立体視表示することによって、誤差が発生した位置と方向とを視覚的に認識し易くなる。
【００３２】
図１３−１は、工具先端部の実位置の誤差を求める処理の一例を示すフローチャートである。以下、各ステップに従って説明する。
●［ステップＳＢ０１］離散的な各時刻における各駆動軸における指令位置情報を同時に取得する。
●［ステップＳＢ０２］離散的な各時刻における各駆動軸の実位置情報を取得する。
●［ステップＳＢ０３］各駆動軸における指令位置情報と工作機械の機械構成の情報とを用いて、工具先端部の指令軌跡を求める。
●［ステップＳＢ０４］各駆動軸における実位置情報と工作機械の機械構成の情報とを用いて、工具先端部の実位置軌跡を求める。
●［ステップＳＢ０５］工具先端部の指令軌跡の離散点を結ぶベクトルＳを作成する。
●［ステップＳＢ０６］工具先端部の実位置軌跡の離散点と前記実位置軌跡の離散点を取得した時刻から所定時間内のベクトルＳの内分点とを結ぶベクトルＴを作成する。ベクトルＴの始点は、指令軌跡の離散点あるいはベクトルＳを形成する線分の上にある。
●［ステップＳＢ０７］ベクトルＳとベクトルＴとが直交する場合のベクトルＴを誤差ベクトル、その長さを誤差量とする。
●［ステップＳＢ０８］所定時間内に誤差ベクトルが複数存在する場合には、その長さが最も短いものを誤差ベクトル、その長さを誤差量とする。
●［ステップＳＢ０９］所定時間内の指令軌跡の離散点と実位置軌跡の離散点とを結ぶ線分の内、線分の長さが最も短いものと、誤差ベクトルとを比較し、より長さが短い方を誤差ベクトルとする。その長さを誤差量とする。
●［ステップＳＢ１０］誤差ベクトルを予め設定した倍率で拡大し、拡大誤差ベクトルを求める。
●［ステップＳＢ１１］拡大誤差ベクトルの終点の座標から軌跡誤差を強調した３次元軌跡データを生成する。
●［ステップＳＢ１２］誤差ベクトルを求める実位置軌跡の離散点はあるか否か判断し、ある場合にはステップＳＢ０６に戻り処理を継続する。
●［ステップＳＢ１３］軌跡誤差を強調した３次元軌跡データから右眼用画像データを作成する。
●［ステップＳＢ１４］軌跡誤差を強調した３次元軌跡データから左眼用画像データを作成する。
●［ステップＳＢ１５］表示部に左眼用画像と右眼用画像とを表示し、処理を終了する。
【００３３】
ところで、被加工物を工具３の側面によって切削加工する場合がある。図１４は、工具ベクトルを説明する図である。工具側面により加工の場合、工具の傾きが切削面に影響を与える。図１４（ａ）に示されるように、被加工物を工具３の工具側面によって加工する場合、工具３が傾くと切削面に影響を与える。図１４（ｂ）は、工具の傾きを工具ベクトルとして表し、工具先端点軌跡に沿って各工具ベクトルを表示し、工具ベクトルの傾きがワークの切削面に影響を与えることを示している。そのため、工具先端部を終点とし該終点から工具の根元方向へあらかじめ設定した距離だけ離れた点を始点とする工具ベクトルを表示器上に表示させることで、切削面の状態の評価・解析が可能である。
【００３４】
工具ベクトルの終点である工具先端部Ｐｅは数１式によって求められる。工具中心軸上の点で工具先端部Ｐｅから点Ｍの方向へｄだけ離れた点を、工具ベクトル始点Ｐｓとする。工具ベクトル始点Ｐｓの座標（ＰｏｓＸ’（ｔ），ＰｏｓＹ’（ｔ），ＰｏｓＺ’（ｔ））は、数３式により計算される。
【００３５】
【数３】
【００３６】
点Ｍから工具先端部Ｐｅまでである工具の長さＬは、工具長として工作機械の数値制御装置に格納されている。このように、５軸分の位置情報と工作機械の機械構成の条件により、工具先端部Ｐｅおよび工具ベクトル始点Ｐｓの座標を計算することができる。
【００３７】
図１５は、工具ベクトルを立体表示する処理の一例を示すフローチャートである。以下、各ステップに従って説明する。
●［ステップＳＣ０１］時刻ｔに開始時刻を設定する。
●［ステップＳＣ０２］時刻ｔにおける各軸の位置データを取得する。
●［ステップＳＣ０３］工具先端部の座標値を計算する。
●［ステップＳＣ０４］工具先端部の座標値から左眼用画像データを作成する。
●［ステップＳＣ０５］工具先端部の座標値から右眼用画像データを作成する。
●［ステップＳＣ０６］表示部に工具先端部の左眼用画像と右眼用画像とを表示する。
●［ステップＳＣ０７］所定時間経過か否か判断し、所定時間経過していない場合にはステップＳＣ１３へ移行し、所定時間経過した場合にはステップＳＣ０８へ移行する。
●［ステップＳＣ０８］工具ベクトルの始点の座標値を計算する。
●［ステップＳＣ０９］工具ベクトルの始点と終点である工具先端部とを結ぶ線分を求める。
●［ステップＳＣ１０］線分のデータから左眼用画像データを作成する。
●［ステップＳＣ１１］線部のデータから右眼用画像データを作成する。
●［ステップＳＣ１２］表示部に線分の左眼用画像と右眼用画像とを表示する。
●［ステップＳＣ１３］時刻ｔは終了時刻を過ぎたか（終了時刻を含む）否か判断し、過ぎていない場合にはステップＳＣ１４へ移行し、過ぎた場合には処理を終了する。
●［ステップＳＣ１４］サンプリング時間Δｔの経過か否か判断し、Δｔ経過するのを待ってステップＳＣ１５へ移行する。
●［ステップＳＣ１５］現在の時刻ｔにサンプリング時間間隔Δｔを加算し、新たに現在の時刻ｔとし、ステップＳＣ０２へ戻り処理を継続する。
【００３８】
本発明により、少なくとも１つの回転軸を含む複数の駆動軸において工具および加工物の位置や姿勢を制御し、加工を行う工作機械の工具ベクトル表示装置において、実際のフィードバック情報を用いて工具先端点軌跡上の各点において被加工物に対する工具の向きを視覚的にわかり易く表示することができる。軌跡表示装置の表示画面に被加工物を立体表示するとともに工具ベクトルを立体表示することで切削面に与える影響を視覚的に認識し易くなる。
【００３９】
ところで、軌跡表示装置の表示画面に工具先端部などの可動部の軌跡を立体表示するだけでは、可動部の進行方向を視覚的に捉えることが困難である。そこで、軌跡を表示するとともにマーカーを表示画面に表示することにより視覚的に認識し易くする。図１６は、マーカー表示を説明する図である。工具先端部の実位置軌跡上、または実位置軌跡から計算される左眼用立体視用画像と右眼用立体視用画像を工具先端部の時系列データに沿ってマーカーを移動させることで、指令上の工具先端部の進行方向を視覚的に捉えることが容易になる。
【００４０】
図１７は、本発明を適用した一実施形態の工作機械の軌跡表示装置の構成を概略で示すブロック図である。プロセッサであるＣＰＵ１１１は、ＲＯＭ１１２に格納されたシステムプログラムに従って数値制御装置２０全体を制御する。ＲＡＭ１１３は、各種のデータあるいは入出力信号が格納される。不揮発性メモリ１１４に格納された各種のデータは電源切断後もそのまま保存される。
【００４１】
グラフィック制御回路１１５は、デジタル信号を表示用の信号に変換し、表示装置１１６に与える。キーボード１１７は、数値キー、文字キーなどを有する各種設定データを入力する手段である。
【００４２】
軸制御回路１１８は、ＣＰＵ１１１から各軸の移動指令を受けて軸の指令をサーボアンプ１１９に出力する。このサーボアンプ１１９は、この移動指令を受けて工作機械１０のサーボモータ（図示せず）を駆動する。これらの構成要素はバス１２１で互いに結合されている。
【００４３】
ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）１２２は、加工プログラムの実行時に、バス１２１経由でＴ機能信号（工具選択指令）などを受け取る。そして、この信号を、シーケンス・プログラムで処理して、動作指令として信号を出力し、工作機械１０を制御する。また、工作機械１０から状態信号を受けて、ＣＰＵ１１１に必要な入力信号を転送する。
【００４４】
更に、バス１２１には、システムプログラム等によって機能が変化するソフトウェアキー１２３、ＮＣデータを記憶装置などの外部機器に送るインタフェース１２４が接続されている。このソフトウェアキー１２３は、表示装置１１６、キーボード１１７と共に、表示装置／ＭＤＩパネル１２５に設けられている。
【符号の説明】
【００４５】
１０ 工作機械（機構部）
１０ｘ ｘ軸用モータ
１０ｙ ｙ軸用モータ
１０ｚ ｚ軸用モータ
１０Ａ Ａ軸用モータ
１０Ｂ Ｂ軸用モータ
２０ 数値制御装置
２１ 指令位置演算部
２２ 駆動軸制御部
３０ 軌跡表示装置
３１ 指令位置データ取得部
３２ 実位置データ取得部
３３ 指令軌跡計算部
３４ 可動部３次元軌跡計算部
３４ａ 工具先端部３次元軌跡計算部
３５ 指令軌跡用左眼用画像計算部
３６ 工具先端部３次元軌跡用左眼用画像計算部
３７ 指令軌跡用右眼用画像計算部
３８ 工具先端部３次元軌跡用右眼用画像計算部
３９ 軌跡誤差計算部
４０ 誤差拡大３次元軌跡生成部
４１ 工具先端部３次元軌跡用左眼用画像計算部
４２ 工具先端部３次元軌跡用右眼用画像計算部
４３，４３ａ，４３ｂ 立体視用画像表示部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
数値制御装置を用いて複数の駆動軸によって工具および加工物の位置や姿勢を制御する工作機械の可動部の３次元軌跡を表示する可動部軌跡表示装置であって、
前記各駆動軸の各時刻における実位置情報を同時に時系列データとして取得し記憶するデータ取得部と、
前記各駆動軸の各時刻における実位置情報と前記工作機械の機械構成の情報とを用いて、前記加工物に固定された座標系からみた、可動部の３次元座標値を計算し、該可動部の３次元の軌跡を求める可動部軌跡演算部と、
前記可動部軌跡演算部で求めた可動部の３次元の軌跡から、立体視用左眼用画像データと立体視用右眼用画像データを求める立体視用画像生成部と、
前記立体視画像生成部で求めた立体視用左眼用画像データと立体視用右眼用画像データを、対応する左右ぞれぞれの眼から見えるように表示することを特徴とする立体視用画像表示部と、
を備えたことを特徴とする工作機械の軌跡表示装置。
【請求項２】
前記複数の可動軸は少なくとも１つの回転軸を含み、
前記可動部軌跡演算部は前記工具の工具先端部の３次元の軌跡を求め、
前記立体視用画像生成部は、前記工具先端部の３次元の軌跡から、立体視用左眼用画像データと立体視用右眼用画像データを求めることを特徴とする請求項１記載の工作機械の軌跡表示装置。
【請求項３】
前記各駆動軸の各時刻における指令位置情報を同時に時系列データとして取得する指令位置データ取得部と、
前記各駆動軸の各時刻における指令位置情報と前記工作機械の機械構成の情報とを用いて、前記加工物に固定された座標系からみた、前記可動部または前記工具先端部の指令座標値を計算し、該可動部または該工具先端部の指令軌跡を求める可動部指令軌跡演算部と、
前記指令軌跡に対する前記可動部または前記工具先端部の実位置軌跡の軌跡誤差を求める軌跡誤差計算部と、
前記軌跡誤差計算部で求められた前記軌跡誤差を、前記指令軌跡に対してあらかじめ設定した倍率で拡大して、前記軌跡誤差を強調した３次元軌跡データを生成する誤差拡大３次元軌跡生成部と、
前記誤差拡大３次元軌跡生成部で得られた前記軌跡誤差を強調した３次元軌跡データから、立体視用左眼用画像データと立体視用右眼用画像データを求める立体視用画像生成部と、を備えたことを特徴とする請求項１または２のいずれか一つに記載の工作機械の軌跡表示装置。
【請求項４】
前記工具の中心軸上で、先端部から工具の根元方向へあらかじめ設定した距離だけ離れた点を工具ベクトル始点とし、前記各駆動軸の前記各時刻における位置情報と前記工作機械の機械構成の情報とを用いて、前記加工物に固定された座標系から見た、前記工具ベクトル始点の３次元座標を計算し、前記工具ベクトル始点と前記工具先端部とを結ぶ工具ベクトルと、前記工具先端部の３次元軌跡データから、立体視用左眼用画像データと立体視用右眼用画像データを求める立体視用画像生成部と、
を備えたことを特徴とする請求項２に記載の工作機械の軌跡表示装置。
【請求項５】
前記立体視用画像生成部で生成された立体視用画像データ上に、ある時刻に対応した点を強調して表示し、時刻の変化による工具の移動に合わせて強調表示した点が軌跡上を移動して表示されることを特徴とする請求項１または２に記載の工作機械の軌跡表示装置。
【請求項１】
数値制御装置を用いて複数の駆動軸によって工具および加工物の位置や姿勢を制御する工作機械の可動部の３次元軌跡を表示する可動部軌跡表示装置であって、
前記各駆動軸の各時刻における実位置情報を同時に時系列データとして取得し記憶するデータ取得部と、
前記各駆動軸の各時刻における実位置情報と前記工作機械の機械構成の情報とを用いて、前記加工物に固定された座標系からみた、可動部の３次元座標値を計算し、該可動部の３次元の軌跡を求める可動部軌跡演算部と、
前記可動部軌跡演算部で求めた可動部の３次元の軌跡から、立体視用左眼用画像データと立体視用右眼用画像データを求める立体視用画像生成部と、
前記立体視画像生成部で求めた立体視用左眼用画像データと立体視用右眼用画像データを、対応する左右ぞれぞれの眼から見えるように表示することを特徴とする立体視用画像表示部と、
を備えたことを特徴とする工作機械の軌跡表示装置。
【請求項２】
前記複数の可動軸は少なくとも１つの回転軸を含み、
前記可動部軌跡演算部は前記工具の工具先端部の３次元の軌跡を求め、
前記立体視用画像生成部は、前記工具先端部の３次元の軌跡から、立体視用左眼用画像データと立体視用右眼用画像データを求めることを特徴とする請求項１記載の工作機械の軌跡表示装置。
【請求項３】
前記各駆動軸の各時刻における指令位置情報を同時に時系列データとして取得する指令位置データ取得部と、
前記各駆動軸の各時刻における指令位置情報と前記工作機械の機械構成の情報とを用いて、前記加工物に固定された座標系からみた、前記可動部または前記工具先端部の指令座標値を計算し、該可動部または該工具先端部の指令軌跡を求める可動部指令軌跡演算部と、
前記指令軌跡に対する前記可動部または前記工具先端部の実位置軌跡の軌跡誤差を求める軌跡誤差計算部と、
前記軌跡誤差計算部で求められた前記軌跡誤差を、前記指令軌跡に対してあらかじめ設定した倍率で拡大して、前記軌跡誤差を強調した３次元軌跡データを生成する誤差拡大３次元軌跡生成部と、
前記誤差拡大３次元軌跡生成部で得られた前記軌跡誤差を強調した３次元軌跡データから、立体視用左眼用画像データと立体視用右眼用画像データを求める立体視用画像生成部と、を備えたことを特徴とする請求項１または２のいずれか一つに記載の工作機械の軌跡表示装置。
【請求項４】
前記工具の中心軸上で、先端部から工具の根元方向へあらかじめ設定した距離だけ離れた点を工具ベクトル始点とし、前記各駆動軸の前記各時刻における位置情報と前記工作機械の機械構成の情報とを用いて、前記加工物に固定された座標系から見た、前記工具ベクトル始点の３次元座標を計算し、前記工具ベクトル始点と前記工具先端部とを結ぶ工具ベクトルと、前記工具先端部の３次元軌跡データから、立体視用左眼用画像データと立体視用右眼用画像データを求める立体視用画像生成部と、
を備えたことを特徴とする請求項２に記載の工作機械の軌跡表示装置。
【請求項５】
前記立体視用画像生成部で生成された立体視用画像データ上に、ある時刻に対応した点を強調して表示し、時刻の変化による工具の移動に合わせて強調表示した点が軌跡上を移動して表示されることを特徴とする請求項１または２に記載の工作機械の軌跡表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３−１】
【図１３−２】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３−１】
【図１３−２】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−２２１３０９（Ｐ２０１２−２２１３０９Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８７６４６（Ｐ２０１１−８７６４６）
【出願日】平成２３年４月１１日（２０１１．４．１１）
【出願人】（３９０００８２３５）ファナック株式会社 (1,110)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１１日（２０１１．４．１１）
【出願人】（３９０００８２３５）ファナック株式会社 (1,110)
【Ｆターム（参考）】
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