JP3066646B2 - 動作シミュレーションシステム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、NC工作機械等の、数値制御を行なう装置の
動作シミュレーションシステムに係り、特に、NC加工プ
ログラムのチェックに好適な動作シミュレーションシス
テムに関する。

［従来の技術］ 数値制御により動作の制御が行われる装置、例えば、
NC工作機械等では、ワークに対する工具の位置を、予め
設けられた加工プログラムにより与えられる数値情報に
より逐次指令して制御することによって、ワークの加工
を実行する。このような方式によれば、ワークの加工
を、高精度で、かつ、自動的に実行することができる。

NC制御により、目的の動作を実行するに際しては、動
作制御プログラムが正しく作成されている必要がある。
そのため、この種のNC制御にあっては、対象物、例え
ば、工具がワークに対して正しい位置関係で動作するか
否かを監視する必要がある。さらに、好ましくは、実際
の動作を実行する前に、動作制御プログラムをチェック
しておく必要がある。

ところで、従来、このようなNC加工プログラムのチェ
ックについては、例えば、特開昭58−165111号公報に開
示されるものがある。

同公報には、NC加工プログラムに基づいて素材を加工
する状況を、三次元グラフィックディスプレイに表示す
る方式が開示されている。すなわち、加工情報を表示す
るディスプレイを含む数値制御加工方式において、加工
情報をディスプレイ上に三次元的に表示する数値制御加
工方式が開示されている。この方式では、加工情報とし
て、工具の現在位置、工具の加工軌跡、被加工物の仕上
げ形状の中から、少なくとも１個が選択される。また、
被加工物と視点との相対位置関係をおよび視野の方向を
変化させることができる。

また、特開昭62−192857号公報には、ロボットシミュ
レーションについての記載がある。

同公報には、コンピュータグラフィックスによって、
オフラインでロボットの作業動作をプログラミングする
ロボットシミュレーションシステムにおいて、上記ロボ
ットの作業環境の８分木データを演算装置により作成
し、この８分木データを記憶装置に格納し、上記８分木
データ上でノードを探索するための探索専用論理回路を
備え、環境とロボットの相互作用を演算によって解析す
るようにしたものを開示する。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、前述した従来の技術には、それぞれ次のよう
な問題があり、数値制御により動作の制御が行れる装
置、特に、NC工作機械の加工プログラムのシミュレーシ
ョンには適していないという欠点がある。

すなわち、NC工作機械等によるワークの加工に際して
は、加工形状、加工精度、事故の防止等の観点から、工
具とワークの時々刻々の相対位置関係を把握しておくこ
とが必要である。ところが、前記第１の従来技術によれ
ば、工具の位置などの加工情報に基づいて、加工状況が
三次元的に表示されるが、それは、素材について工具の
加工軌跡が表示されるにすぎない。工具と素材とを共に
表示し、両者の相対位置関係の変化を同時に三次元的に
表示することは、全く配慮していない。このため、単
に、素材の加工状況についてのシミュレーションが可能
であるにとどまり、NC加工プログラムの動作確認までは
行なえない。

従って、前記従来の技術では、工具とワークの時々刻
々の相対位置関係の把握は、実機の動作を監視すること
により行なわざるを得ない。

しかし、実機による動作確認は、作業性や、安全性の
点で問題がある。この点についての解決が課題となって
いた。

次に、前記第２の従来技術では、複雑な作業環境下で
作業するロボットの動作をオフラインでプログラミング
するためのロボットシミュレーションシステムを開示す
る。このシステムでは、環境とロボットの相互作用を解
析する。しかし、それは、ロボットと環境との相対関係
のみが考慮されるにすぎない。オペレータの視点や、視
野の方向については、なんら配慮されていない。

工作機械の場合、素材について種々の方向から、どの
ように加工されるかを知る必要がある。ところが、前記
従来の技術では、視点や、視野の指定ができないため、
一定方向からの表示にならざるを得ない。しかし、一定
方向からの表示のみでは、隠れてみえない部分の動作確
認が不可能であり、精度のよい確認が行なえないという
問題がある。

このため、任意の視点や、視野の方向からの動作の確
認が容易に行なえるシミュレーションシステムの開発が
課題となっている。

本発明の目的は、グラフィックディスプレイシステム
を用いて、NC制御プログラムによる制御動作状態、特
に、NC加工プログラムによるNC工作機械の動作状態につ
いて、任意の位置から確認することを可能とした、動作
シミュレーションシステムを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 前記目的を達成するため、本発明によれば、 工作機械における加工動作をシミュレーションして表
示する動作シミュレーションシステムにおいて、 工作機械、当該工作機械の工具、および、加工される
べき素材の各対象物について、各対象物ごとのローカル
座標系上に、それぞれの形状を立体図形に展開した図形
データを作成する対象物図形データ作成手段と、 前記工作機械の加工動作を制御する加工プログラムの
加工動作手順を解析して、各対象物の動きを示すデータ
を作成するプログラム解析処理手段と、 前記表示すべき加工動作シミュレーションに関する視
点位置および視野方向についての外部からの指定を受け
付ける手段と、 前記指定された視点位置および視野方向を基準とし
て、前記各対象物図形データの座標変換を行うと共に、
各対象物図形のうち視野方向に見える図形の表示データ
を作成する手段と、 前記表示データに基づいて対象物を表示する表示手段
とを備え、 前記表示データを作成する手段は、視点位置が指定さ
れている対象物の図形が静止し、前記対象物の動きを示
すデータにおける対象物の動きに応じて、他の対象物の
図形が、前記静止している図形に対して動く状態を表示
する表示データを作成すること を特徴とする動作シミュレーションシステムが提供され
る。

［作用］ 本発明の作用について、工作機械の加工プログラムの
シミュレーションを行なう場合を例として説明する。

前記工作機械の形状データを作成する手段は、機械の
形状を立体図形（立方体、直方体、円柱、球など）の組
合せにより表現する。この場合、データは、個々の立体
図形の位置関係を明確に表現できるデータ構造とする。

前記NC加工プログラムを解析する手段は、NC加工プロ
グラムを読み込んで、移動軸と移動量を求め、前記座標
変換を行なう手段に渡す。

前記オペレータの視点および視野方向を認定する手段
は、ディスプレイに表示されている工作機械の全体構成
を示す図、例えば、斜視図について、キーボードおよび
マウスを介して位置の指示を入力し、入力されたオペレ
ータの視点位置と視野の方向の情報は、前記座標変換を
行なう手段に渡す。

これにより、座標変換を行なう手段では、各軸（ｘ
軸、ｙ軸、ｚ軸など）の位置関係や方向等の計算を行な
う。

干渉を判定する機能を有する場合には、該手段は、前
記手段により作成された表示データを用いて、立体図形
間で集合演算を行ない、干渉の有無を判定し、干渉の場
合には、干渉部分の表示色を異なる色彩に変えて表示す
る。また、予め設定してある工作機械の移動限界位置を
オーバした場合にも、その異常を表示するような処理を
行なう。

本発明によれば、NC加工プログラムに基づき工作機械
の動作をグラフィックディスプレイに三次元表示がで
き、また、オペレータの視点位置を任意に変化させなが
ら工作機械の動作確認ができるので、ポイントを絞った
NC加工プログラムのチェックが可能となる。

例えば、オペレータの視点位置を機械の外、素材の
上、工具の上のいずれかに任意に設定し、動作シミュレ
ーションを行なうと、次のようになる。

（１）オペレータの視点位置が機械の外に設定された場
合には、機械、素材、工具がそれぞれ動いて見える。そ
のため、実際の加工のイメージで加工プログラムのチェ
ックが可能となる。

（２）オペレータの視点位置が素材の上に設定された場
合には、素材は静止状態で、工具、機械が動いて見え
る。そのため、NC加工プログラムを作成したときのイメ
ージでのチェックが可能となる。NC加工プログラムは、
プログラム作成者が、素材を固定した状態を想定し、工
具をどのように動かして加工するかをプログラミングし
たものであるから、チェックをする時にも、素材を固定
した状態で行なうことが望ましい。本発明では、それが
実現できる。

（３）オペレータの視点位置が工具の上に設定された場
合には、工具が静止状態で、素材、機械が動いて見え
る。そのため、工具と素材との干渉の状態確認が容易に
できる。素材の表面部分を加工するとき、視点位置が機
械の外に設定された場合でも干渉の様子は確認できる
が、空洞があいている素材の内部を加工するような場合
には、機械の外からでは工具が見えないため、工具と素
材の干渉の確認が困難となる。この点、本発明では、そ
れが容易にできる。

このように本発明によれば、従来のように加工プログ
ラム作成後、実際に機械を動かしてプログラムのチェッ
クをする必要がなくなり、加工プログラム作成の効率向
上とプログラムチェック作業の安全性が保障される。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明
する。

第１図に、本発明の動作シミュレーションシステムを
適用したNC工作機械の動作シミュレーションシステムの
一実施例の構成を示す。

本実施例のシステムは、シミュレーションのための各
種演算、システムの動作制御等を実行するエンジニアリ
ングワークステーション（EWS）16と、工作機械の動作
を表示するグラフィックディスプレイ装置13と、指示等
を入力する入力部として機能するキーボード14およびマ
ウス15とを有して構成される。

グラフィックディスプレイ装置13は、カラーCRTと、
その駆動装置とを主要な要素として構成され、エンジニ
アリングワークステーション16から送られる画像データ
を表示する。

前記エンジニアリングワークステーション16は、情報
処理装置の一種であって、図示しないが、例えば、１ま
たは２以上のプロセッサと、該プロセッサの動作プログ
ラムを格納すると共にワークエリアを設定するメモリ
と、外部とのデータの入出力を行なうI/Oインタフェー
スと、該インタフェースを介して接続される、I/O装置
の一種である外部記憶装置とを備えている。

前記外部記憶装置は、１または２台以上接続すること
ができ、それらとしては、例えば、磁気ディスク装置、
光ディスク装置、磁気テープ装置等を用いることができ
る。この外部記憶装置により少なくとも読み出し可能な
記録媒体に、シミュレーションすべきNC加工プログラム
と、工作機械データ、素材データ、工具データおよび治
具データとが、各々ファイル１〜６として登録され、保
存されている。そして、このファイルを記録する記録媒
体から、外部記憶装置を介して、前記プログラムおよび
データが前記エンジニアリングワークステーション16に
供給される。

前記NC加工プログラムは、これから動作シミュレーシ
ョンを行なうデータである。このNC加工プログラム１
は、前述したように、他の計算機等により作成されたも
のを、予めNC加工プログラムファイル１に登録してお
く。前記工作機械データ、素材データ、工具データおよ
び治具データは、動作シミュレーションの対象となるデ
ータで、前述したように、予め対応するファイル２〜５
に登録しておく。これらのデータは、それぞれ複数種類
の登録が可能である。シミュレーション開始時に、NC加
工プログラム、工作機械、素材、工具および治具につい
て、それぞれを適宜選択することにより、任意の組み合
わせで、動作シミュレーションが実現できる。

前記NC加工プログラムおよび各種データは、本システ
ムを構成するエンジニアリングワークステーション16に
より作成されたもの、また、他のシステムにより作成さ
れたもののいずれであってもよい。これらは、必要に応
じて、前記エンジニアリングワークステーション16のメ
モリ内に取り込まれる。なお、前記NC加工プログラムフ
ァイル１および各種データファイル２〜５は、システム
起動時に、または、常時、エンジニアリングワークステ
ーション16の内蔵ハードディスク装置に格納しておく
と、アクセスに便利である。

また、前記外部記憶装置は、本実施例システムの動作
プログラムをも供給し、システム立ち上げ時に、必要な
プログラムが、メモリにロードされる。前記エンジニア
リングワークステーション16は、前記メモリに格納され
るプログラムをプロセッサが実行することにより、種々
の機能を実現する。すなわち、NC加工プログラム解析部
６、座標変換部７、表示データ作成部８、干渉判定部
９、工作機械構造データ作成部10、視点位置設定部11お
よび表示画面制御部12の各機能を実行する。

これらのプログラムは、外部記憶装置により少なくと
も読み出し可能な記憶媒体に格納されている。すなわ
ち、これらのプログラムは、ディジタルデータの形式で
表現され、媒体の記録領域に、磁気的、光学的、電気的
等の物理的変化を生じさせて記録される。

なお、プログラムのうち、汎用的なものは、本発明固
有のプログラムとは別個に供給してもよい。例えば、本
実施例の場合、表示画面制御部12を実行するプログラム
は、汎用のグラフィックプログラムを用いることができ
る。

従って、本実施例は、グラフィック処理機能を有する
エンジニアリングワークステーションまたはこれに類す
る情報処理装置に、シミュレーションの対象となるNC加
工プログラムと、工作機械データ等の各種データをファ
イルとして供給し、かつ、前記したNC加工プログラム解
析部６、座標変換部７、表示データ作成部８、干渉判定
部９、工作機械構造データ作成部10および視点位置設定
部11の各機能を実現させるプログラムを、前記記録媒体
により供給することにより、動作シミュレーションシス
テムを構成することができる。

NC加工プログラム解析部６は、シミュレーションを実
行すべきNC加工プログラムをNC加工プログラムファイル
１からを読み込んで、解析を行なう。この解析は、固有
の言語により記述されているNC加工プログラムから、加
工プロセスに従って逐次変化する移動軸、移動量等のデ
ータを、本実施例システムにおいて取り扱える形式のデ
ータとして取り出すために行われる。解析結果は、メモ
リ中に設けられる座標軸動作データファイルに格納され
る。なお、本実施例システムにおいて、NC加工プログラ
ムがそのままデータとして扱える場合には、この解析は
簡略化ないし省略することができる。

工作機械構造データ作成部10は、前記工作機械データ
ファイル２、素材データファイル３、工具データファイ
ル４および治具データファイル５から必要なデータを取
り込んで、これらを、立方体、直方体、円柱、球等の立
体図形に展開する。ここで、それぞれの図形は、ローカ
ル座標系上に定義される。

視点位置設定部11は、マウス15により入力される位置
指定データと、キーボード14により入力される視野方向
指定データとを、後述する表示画面制御部12を介して、
読み込む。そして、視点位置となるローカル座標系を選
択すると共に、視野方向の方向ベクトルを計算する。

座標変換部７は、NC加工プログラム解析部６で解析さ
れた、移動軸および移動量に関する逐次変化と、工作機
械構造データ作成部10で作成された機械構造データと、
前記視点位置設定部11で定義された視点位置および視野
方向とにより、個々のローカル座標系の座標変換を行な
い、視点位置を基準とした各ローカル座標系の原点位置
を計算する。

表示データ作成部８は、前記座標変換部７による座標
変換終了後の表示データを表示データファイル8aに格納
する。この表示データファイル8aは、前述したメモリ内
に設けられる。

干渉判定部９は、表示データ作成部８で作成された表
示データを前記表示データファイル8aから読み込んで、
各ローカル座標系に定義されている立体図形どうしの集
合演算を行ない、領域の重なり合いの有無を調べ、干渉
の有無を判定する。干渉は、例えば、工具が工作機械の
他の部分と接触したり、素材に必要以上重なったりする
ことを意味する。このような干渉が存在すると、加工が
精度よく行なうことができない。また、甚だしい場合に
は、工具や、機械を破損する等の事故を起こす危険があ
る。

干渉が発生することが検出された場合、その部分の表
示色情報を異なる色彩の情報に再設定する。また、予め
個々のローカル座標ごとに設定してある、機械の移動限
界以上の動作をしたときにも、表示色を再設定する。

表示画面制御部12は、前記エンジニアリングワークス
テーション16に設けられている機能であり、前記表示用
データを用いて、グラフィックディスプレイ装置13への
三次元表示を行なったり、キーボード14、マウス15から
のデータ入力を受け付ける。

次に、本実施例の作用について、第１図および他の図
面を参照して説明する。

まず、第２図を参照して、座標変換部の機能について
説明する。

第２図には、三次元表示の対象となる工作機械が、立
体図形23〜27により表示される。

同図に表示される立体図形23〜27は、それぞれ実物に
対応させて表現すると、次のようになる。工作機械は、
ベッド23、サドル24、横送り台25および主軸台26とを有
して構成される。主軸台26の主軸には、工具28が設けら
れている。また、横送り台25上には、素材27が載置して
ある。

このように表示される工作機械のそれぞれの部分に、
x,y,zの直交座標系からなるローカル座標系18,19,20,2
1,22が、定義される。基準となる座標系17は、オペレー
タの視点位置と視野方向を定義する座標系で、その原点
がオペレータの視点位置、x,y,z軸により定まる方向
が、オペレータの視野方向を表わす。

第１図のNC加工プログラム解析部６で生成された移動
軸、移動量の情報により、ローカル座標系18,19,20,21
および22の原点位置と、x,y,z軸の方向が変化する。こ
れに伴い、ローカル座標系18,19,20,21,22上で定義され
ている立体図形23,24,25,26,27,28の位置も変化するの
で、第１図のグラフィックディスプレイ装置13上では、
機械が動作するように見える。

このように、第１図に示す座標変換部７は、座標系17
を基準としたローカル座標系18,19,20,21,22の原点位置
と、x,y,z軸の方向を計算する。

次に、オペレータの視点位置が変化した場合について
説明する。

例えば、ローカル座標系20に、オペレータの視点が設
定されたときには、このローカル座標系20は、基準の座
標系となり、固定となる。すなわち、座標系20を基準と
したローカル座標系17,18,19,21,22の原点位置と、x,y,
z軸方向が計算されるため、グラフィックディスプレイ
装置13上では、素材を表わす立体図形27は静止して、そ
れ以外の立体図形23,24,25,26,28が動いて見えることに
なる。

次に、第３図および第４図を参照して、グラフィック
ディスプレイ装置13の表示画面30に表示される画像の一
例について説明する。

本実施例のグラフィックディスプレイ装置13は、マル
チウィンドウ機能により、複数画面を同時に表示するこ
とが可能なため、表示画面30に、機械全体を鳥瞰する斜
視図画面31と、オペレータから見える状況を表示する状
況画面32とを形成する。これらにより動作シミュレーシ
ョンを行なうことができる。

第３図では、斜視図画面31により、マウスのカーソル
33でオペレータ35の位置を設定し、さらに、キーボード
より、視野の方向34を入力することにより、状況画面32
の状態が表示される。この状況画面32では、オペレータ
35がｄ部にいるので、ｄ部が固定されて、a,b,c,e部が
各々動くことになる。

次に、第４図では、同様にマウスのカーソル33でオペ
レータ35の位置を入力し、キーボードより視野方向34と
を入力することにより、状況画面32の状態が表示され
る。この状況画面32では、オペレータ35がｃ部にいるの
で、ｃ部が固定され、a,b,d,e部が各々動くことにな
る。

このように、オペレータ35の位置と視野方向34を任意
に設定することにより、オペレータ35から見える機械の
動作状況が状況画面32に表示される。

ここで、マウスのカーソル33により視点位置の指示
は、視野図画面31内に存在するカーソル33が位置する、
該視野図画面31内の表示アドレスを求め、、この表示ア
ドレスに含まれる立体図形を検出することにより、行な
うことができる。

次に、本実施例の動作を実現するための処理の流れに
ついて説明する。

第５図は、システム全体の処理の流れを示すフローチ
ャートである。

まず、システムが起動されると、前記第１図に示すフ
ァイル２〜５に予め登録されている各種データ63,64,6
5,66を、ステップ41,42,43,44のデータ入力処理により
読み込む。ステップ45において、工作機械の構造データ
63を、前記第２図で説明した形式で作成する。

次に、他の計算機で作成され、NC加工ログラムファイ
ル１に予め登録されているNC加工プログラム67を、ステ
ップ46により読み込む。

ステップ47で、本実施例のシミュレーションシステム
で扱うデータの書式に交換して、座標軸動作データ68を
作成する。ステップ48では、複数行の座標軸動作データ
68の先頭から１行ずつデータを読み込む。

ステップ49で、オペレータの視点位置の入力が有るか
否か判定し、有る場合は、グラフィックディスプレイ装
置13より、ステップ50で視点位置データを読み込む。さ
らに、ステップ51で、オペレータの視野方向の入力が有
るか否か判定し、有る場合は、ステップ52で視野方向デ
ータを読み込む。無い場合は、ステップ53で、視野方向
を工具の付いている方向へ自動的に設定する。ステップ
54で、視野の位置ベクトルおよび視野の方向ベクトルを
計算する。

次に、ステップ45で作成した工作機械構造データの座
標変換55を行ない、工作機械の鳥瞰図を表示するデータ
69を作成し（ステップ56）、第１図に示す表示データフ
ァイル8aへ格納する。さらに、オペレータの視点位置か
ら見える加工状況を表示するデータ70を作成し（ステッ
プ57）、同様に表示データファイル8aへ格納する。

次に、ステップ58で、工作機械と素材、工具と素材等
の干渉を判定する計算を行なう。干渉が有る場合には、
その部分の表示色情報を異なる色彩に設定する。そし
て、ステップ61で、工作機械の鳥瞰図の表示データ69お
よびオペレータの視点位置から見える加工状況の表示デ
ータ70をグラフィックディスプレイ装置13上に表示す
る。

ステップ62で、次の座標軸動作データ68が有るか否か
を判定し、有る場合には、ステップ48に戻り、処理を繰
り返し、無い場合には終了となる。

次に、本実施例におけるNC加工プログラム解析部６の
作用について、第６図を参照して、さらに詳細に説明す
る。

まず、第１図に示すNC加工プログラムファイル１から
１行分のNC指令を読み出す（ステップ101）。その指令
が、移動指令か否か判定し（ステップ102）、移動指令
でなければ、次の補正指令か否かの判定（ステップ10
4）に移り、ここで、補正指令でなければ、速度指令か
否かの判定（ステップ106）に移り、ここで、速度指令
でなければ、階層指令か否かの判定（ステップ108）に
移り、ここで、階層指令でなければ、その他の指令か否
かの判定（ステップ110）に移り、さらに、その他の指
令でなければ、加工プログラムが終了であるか否か判定
する（ステップ112）。ここで、終了でなければ、前記
動作を繰り返し、終了であれば、解析した座標軸動作デ
ータ68を、座標軸動作データファイル6aに格納する（ス
テップ113）。

前記各判定102,104,106,108,110において、条件を満
たす場合には、それぞれ次のような動作が実行される。

すなわち、移動指令であれば、工具の移動位置を、座
標（X,Y,Z,U,V,W,A,B,Cにより設定する（ステップ10
3）。補正指令であれば、補正後の移動位置を設定する
（ステップ105）。速度指令であれば、工具の移動速度
を設定する（ステップ107）。階層指令であれば、サブ
プログラムを呼び出す（ステップ109）。さらに、他の
指令であれば、それらの制御指令ごとの処理を実行する
（ステップ111）。

前記サブプログラムは、NC加工プログラムが複数のル
ーチンに分けて構成されている場合の、各ルーチンのプ
ログラムである。階層指令は、それぞれのサブプログラ
ムを呼び出すための指令である。サブプログラムを有し
ない加工プログラムの場合には、このステップは省略で
きる。

また、前記ステップ111は、加工作業とは異なる、例
えば、工具の交換等の工作機械固有の指令である。この
指令があると、実際の工作機械では、当該指令に対応す
る動作、例えば、工具の交換動作を実行する。本実施例
のシミュレーションでは、前記工具データファイル４か
ら工具データを読み出し、新しい工具を含む工作機械の
図形データを、前述した手順で作成する。

次に、本実施例における視点位置設定部11の作用につ
いて、第７図を参照して、さらに詳細に説明する。

まず、第１図に示すマウス15からの入力があるか否か
監視し（ステップ201,202）、入力があると、該マスウ1
5により指定された位置データ（x₁,y₁,z₁）を読み込む
（ステップ203）。この位置データにより、オペレータ
が位置するローカル座標系を選択する（ステップ20
4）。

次に、第１図に示すキーボード14からの入力があるか
否か判定する（ステップ205）。入力がある場合には、
キーボード14から視野方向のデータ（x₂,y₂,z₂）を読み
込む（ステップ206）。一方、キーボード14から入力が
ない場合には、視野方向を、工具の方向に自動設定する
（ステップ207）。

ついで、設定された視野方向に従って、オペレータの
視野方向の方向ベクトルを計算する（ステップ208）。

次に、本実施例における座標変換部７および表示デー
タ作成部８の作用について、第８図を参照して、さらに
詳細に説明する。

座標変換部７は、次のように作用する。

座標軸動作データファイル6aから座標軸動作データを
読み込むと共に、軸動作の始点と終点との間を複数に分
割するための補間計算を行なう（ステップ301,302）。
これにより、軸動作を円滑表示することができる。

次に、前記読み込まれた座標軸動作データに、軸のデ
ータがあるか否かを調べ、あれば、直線軸か回転軸かを
調べる（ステップ303,304）。回転軸であれば、回転マ
トリクスを計算し（ステップ305）、直線軸であれば、
直線移動量を計算し（ステップ306）する。そして、そ
れらの結果を基に、変換マトリクスを設定する（ステッ
プ307）。一方、軸のデータがない場合には、これらの
ステップをスキップする。

そして、軸毎の変換が終了しているか否か調べ、終了
していない場合には、前記ステップ303〜307を繰り返
す。一方、変換が終了していれば、次の表示データ作成
部８の処理に移る（ステップ308）。

表示データ作成部８は、まず、この処理手順において
最初の処理か否か調べ、最初であれば、鳥瞰図の表示デ
ータを作成する（ステップ310）。作成されたデータ
は、表示データファイル8aに格納する。この鳥瞰図は、
固定的に表示されるので、最初に作成した後は、ファイ
ルに格納しておき、それを読みだして使用する。一方、
最初の処理でない場合には、移動後の視野方向に表示デ
ータを作成する（ステップ311）。これは、時々刻々変
化するので、絶えず作成される。

作成された表示データは、画面の大きさ、表示位置等
の設定が行われ（ステップ312）、また、機械の表示サ
イズ、表示位置の設定が行われる（ステップ313）。さ
らに、第３図、第４図に示すように、斜視図画面31中
に、オペレータの視野方向34を表示すための設定を行な
う（ステップ314）。

ついで、表示データについての補間が終了したか否か
を調べ、終了していなければ、前記ステップ303〜314を
繰り返す（ステップ315）。すなわち、前記補間計算に
より設定された補間値に対応する表示データを作成しお
わったか否かを調べる。

また、表示データを作成すべき座標軸動作データが終
了したか否か調べ、終了していなければ、前記ステップ
301〜315を繰り返す。そして、終了していれば、この処
理を終了する（ステップ316）。

このようにして、本実施例によれば、NC工作機械の動
作シミュレーションについて、任意の視点におよび視野
方向を指定して、この加工状況の画面を表示できるの
で、従来困難であった工具と素材の相対位置関係の把握
を、工具の位置に視点を置いて、また、素材の位置に視
点を置いて等のように、あらゆる角度から観察すること
ができる。そのため、死角を生ずること無く加工状況を
把握できて、加工形状、加工精度、干渉等について、実
機によらず、事前に検討できる。従って、NC加工プログ
ラムのチェックを、容易かつ確実に、しかも、完全に行
なうことができる。

前述した実施例は、本発明の一実施例にすぎない。本
発明は、これに限られるものではない。以下に、変形例
をいくつか例示する。

第１に、表示画面については、次のような例が挙げら
れる。

前記実施例では、グラフィックディスプレイ装置の表
示画面上に、斜視図画面と状況画面の２種類の画面をマ
ルチウィンドウ技術により表示している。本発明は、こ
れに限らず、さらに多数の画面を設定することも可能で
ある。例えば、状況画面を複数設けて、工作機械の正面
と背面、工具と素材等のように、異なる視点および視野
方向の動作同時に表示するようにしてもよい。

なお、視野図画面は、視点位置の設定を行なう場合の
み表示し、その他のときには、表示しないこととしても
よい。また、視点位置の設定を任意の画面により行なえ
るようにしてもよい。さらに、初期設定を、視野図画面
とし、設定後は、当該状況画面により行なえるようにす
ることもできる。これによれば、視野図画面は、最初に
表示するだけでよい。このような場合には、必ずしも、
マルチウィンドウにより表示しなくともよい。

この他、本発明では、拡大、縮小機能を設けて、任意
の縮尺により、表示するようにしてもよい。

さらに、視点および視野方向の指示を、アイコンを用
いて行なう構成としてもよい。

第２に、本発明は、NC工作機械の動作シミュレーショ
ンに限らず、同様のシミュレーションを必要とする他の
対象についても適用可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、グラフィック
ディスプレイシステムに用いて、NC制御プログラムによ
る制御動作状態、特に、NC加工プログラムによるNC工作
機械の動作状態について、任意の位置から確認すること
を可能とした動作シミュレーションを行なえる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の動作シミュレーションシステムの一実
施例のシステム構成を示すブロック図、第２図は本実施
例においてシミュレーションの対象となる工作機械の立
体表示例と座標系との関係を示す斜視図、第３図および
第４図は各々本実施例の動作シミュレーションにおいて
用いられるグラフィックディスプレイ装置の表示画面の
一例を示す斜視図、第５図は本実施例の動作シミュレー
ションの処理手順を示すフローチャート、第６図は本実
施例のNC加工プログラム解析部の動作を示す詳細フロー
チャート、第７図は本実施例の視点位置設定部の動作を
示す詳細フローチャート、第８図は本実施例の座標変換
部と表示データ作成部の動作を示す詳細フローチャート
である。 １……NC加工プログラムファイル、２……工作機械デー
タファイル、３……素材データファイル、４……工具デ
ータファイル、５……治具データファイル、６……NC加
工プログラム解析部、７……座標変換部、８……表示デ
ータ作成部、９……干渉判定部、10……工作機械構造デ
ータ作成部、11……視点位置設定部、12……表示画面制
御部、13……グラフィックディスプレイ装置、14……キ
ーボード、15……マウス、16……エンジニアリングワー
クステーション、17,18,19,20,21,22……座標系、23,2
4,25,26,27,28……立体図形、30……表示画面、31……
斜視図画面、32……状況画面、33……カーソル、34……
視野方向、35……オペレータ。

フロントページの続き (72)発明者 川島 泰正 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 伊藤 久美子 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭58−165112（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−36810（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−92003（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】工作機械における加工動作をシミュレーシ
   ョンして表示する動作シミュレーションシステムにおい
   て、 工作機械、当該工作機械の工具、および、加工されるべ
   き素材の各対象物について、各対象物ごとのローカル座
   標系上に、それぞれの形状を立体図形に展開した図形デ
   ータを作成する対象物図形データ作成手段と、 前記工作機械の加工動作を制御する加工プログラムの加
   工動作手順を解析して、各対象物の動きを示すデータを
   作成するプログラム解析処理手段と、 前記表示すべき加工動作シミュレーションに関する視点
   位置および視野方向についての外部からの指定を受け付
   ける手段と、 前記指定された視点位置および視野方向を基準として、
   前記各対象物図形データの座標変換を行うと共に、各対
   象物図形のうち視野方向に見える図形の表示データを作
   成する手段と、 前記表示データに基づいて対象物を表示する表示手段と
   を備え、 前記表示データを作成する手段は、視点位置が指定され
   ている対象物の図形が静止し、前記対象物の動きを示す
   データにおける対象物の動きに応じて、他の対象物の図
   形が、前記静止している図形に対して動く状態を表示す
   る表示データを作成すること を特徴とする動作シミュレーションシステム。
2. 【請求項２】請求項１に記載の動作シミュレーションシ
   ステムにおいて、 前記視点位置および視野方向の指定を受付ける手段は、
   複数の視点位置および視野方向についての受け付けを行
   い、 前記表示データを作成する手段は、前記指定された、複
   数の視点位置および視野方向対応に、それぞれを基準と
   する表示データを作成し、 前記表示手段は、前記作成された表示データの数に相当
   する複数のウィンドウを設けて、それぞれに対応する表
   示データによる表示を行なうマルチウィンドウ機能を有
   すること を特徴とする動作シミュレーションシステム。