仿真装置、工作机械系统、仿真方法及加工方法制造方法及图纸

仿真装置(1a)具有：模型模板数据库部(10)，其存储多个模型模板，该模型模板通过计算式记述有构成由机械装置对多个致动器进行驱动而执行的作业的要素的输入和输出之间的关系；模型结构选择部(11)，其基于机械装置的结构及对作业赋予特征的结构信息对1个或多个模型模板进行选择；模型参数设定部(12)，其针对由模型结构选择部(11)选择出的模型模板，对模型模板的变量即模型参数进行设定；以及仿真执行部(13a)，其基于由模型参数设定部(12)设定出模型参数后的模型模板和在执行作业时在作业中使用的刀具应该经过的路径即指令路径而执行作业的仿真，对作业的预测结果进行计算。算。算。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】仿真装置、工作机械系统、仿真方法及加工方法


[0001]本专利技术涉及对通过机械装置得到的作业结果进行预测的仿真装置、工作机械系统、仿真方法及加工方法。

技术介绍

[0002]如数控工作机械、工业用机械、机器人等这种使用多自由度的运动而进行作业的机械装置，具有多个实现多自由度的轴及对轴进行驱动的伺服控制装置。如上所述的机械装置针对每个轴而控制对象的位置，将各轴的运动同步而进行控制，由此实现了多自由度的运动。
[0003]伺服控制装置是使用对控制对象的位置进行检测的位置检测器，以控制对象的位置与指令位置一致的方式，使用如旋转电动机、线性电动机、音圈电动机等电动机、液压气缸、空气压力气缸、压电元件这样的致动器进行反馈控制的装置。
[0004]关于数控工作机械，存在通过轴对切削刀具、工作物进行驱动，从工作物的表面将材料去除的切削加工机，通过轴对激光源进行驱动，对工作物进行切断的激光加工机，通过轴对电极刀具、线刀具进行驱动，在与工作物之间发生放电而将材料去除的放电加工机等。关于工业用机械，存在通过轴对电子部件进行驱动，在印刷基板上的规定的场所设置的安装机，以及对轴进行驱动，扫描光源而进行光刻的半导体曝光机等。关于机器人，存在通过伺服控制装置对各关节进行驱动，通过安装于前端的手对工件进行输送的机器人，以及使用安装于前端的刀具而进行焊接、加工的机器人等。
[0005]在具有如上所述的伺服控制装置而进行反馈控制的机械装置中，也有时会产生各种作业的误差。例如已知由根据机械装置的机械特性而产生的响应延迟、滑动面的摩擦、切削力、接触力等通过机械装置进行的作业所产生的干扰力而引起的运动误差，以及由控制器的设定引起的超调等反馈控制无法追随而产生的瞬态误差。另外，在进行作业的机械装置中，工件、刀具、输送物、机器人手那样的实际进行作业的部位成为真正应该进行控制的控制对象，但难以将位置检测器与控制对象完全一致地安装，因此还知晓即使在通过位置检测器得到的检测结果所示的运动中不产生误差，在真正的控制对象的运动中也会产生振动、响应延迟等的误差。
[0006]如上所述的由伺服控制装置的瞬态特性引起的运动误差及在位置检测器中没有检测到的控制对象中产生的误差，成为加工误差、作业不良的原因，因此不优选。为了应对如上所述的问题，已知下述方式，即，使用模型通过仿真对作业的精度进行预测，以减少误差的方式对控制进行变更。
[0007]例如，在专利文献1中公开了下述方法，即，在服务器平台上，使运转时的用于机械动作的仿真的至少1个软件模型算法动作，基于仿真结果对控制进行变更。
[0008]专利文献1：日本特表2008－542854号公报

技术实现思路

[0009]但是，关于机械装置的特性，即使是使用相同的部件，由于制造时的组装精度的波动、设置有机械装置的环境、使用机械装置的作业条件、由于作业的重复而产生的历时变化等而存在个体差异。并且，根据在作业中使用的刀具、手、工件的材料的种类、形状等，产生的误差量也不同。
[0010]因此，为了通过仿真准确地对作业精度进行预测，需要与设为对象的机械装置的个体差异、作业相应地对在仿真中使用的模型进行变更。另一方面，为了对遍及多台机械实施的作业进行仿真而需要进行与作业有关的全部机械的仿真，花费工作量。即，需要能够吸收机械装置的特性的个体差异且兼顾模型构建的简便的仿真。
[0011]在专利文献1中记载的技术公开了使用预先构建出的模型而进行仿真，但没有示出与设为对象的个体相匹配地对模型进行变更的技术，即，对机械装置的特性的个体差异进行吸收而使预测精度提高的方法。因此，存在无法以短时间构建与机械装置的特性的个体差异相对应的仿真环境而执行这一课题。
[0012]本专利技术就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于，得到能够对机械装置的特性的个体差异、作业条件的差异进行反映而以短时间构建适于各个机械装置的仿真的模型，且能够使仿真的精度提高的仿真装置。
[0013]为了解决上述课题，并达到目的，本专利技术所涉及的仿真装置具有：模型模板数据库部，其存储多个模型模板，该模型模板通过计算式记述有构成由机械装置对多个致动器进行驱动而执行的作业的要素的输入和输出之间的关系；以及模型结构选择部，其基于机械装置的结构及对作业赋予特征的结构信息，从模型模板数据库部对1个或多个模型模板进行选择。另外，仿真装置具有：模型参数设定部，其针对由模型结构选择部选择出的模型模板，对模型模板的变量即模型参数进行设定；以及仿真执行部，其基于由模型参数设定部设定出模型参数后的模型模板和在执行作业时在作业中使用的刀具应该经过的路径即指令路径而执行作业的仿真，对作业的预测结果即预测作业结果进行计算。
[0014]专利技术的效果
[0015]本专利技术所涉及的仿真装置具有下述效果，即，能够对机械装置的特性的个体差异、作业条件的差异进行反映而以短时间构建适于各个机械装置的仿真的模型，且能够使仿真的精度提高。
附图说明
[0016]图1是表示实施方式1所涉及的数控工作机械的结构例的图。
[0017]图2是用于对构成实施方式1所涉及的数控工作机械的X轴驱动部的结构进行说明的示意图。
[0018]图3是表示实施方式1所涉及的伺服控制部的结构例的框图。
[0019]图4是表示实施方式1所涉及的工作机械系统的结构例的框图。
[0020]图5是表示过程控制部的详细内容的框图。
[0021]图6是表示实施方式1所涉及的仿真装置的结构的详细内容的框图。
[0022]图7是表示实施方式1所涉及的仿真装置的仿真执行部的详细内容的框图。
[0023]图8是表示实施方式1所涉及的仿真执行部的伺服控制模拟部的结构例的图。
[0024]图9是表示使用实施方式1所涉及的仿真装置进行的数控工作机械的仿真流程的流程图。
[0025]图10是表示驱动机构的模型模板的一个例子的图。
[0026]图11是表示将实现实施方式1所涉及的仿真装置的处理电路由处理器及存储器构成的情况下的例子的图。
[0027]图12是表示将实现实施方式1所涉及的仿真装置的处理电路由专用的硬件构成的情况下的例子的图。
[0028]图13是表示实施方式2所涉及的数控工作机械的结构例的图。
[0029]图14是表示实施方式2所涉及的工作机械系统的结构例的框图。
[0030]图15是表示实施方式2所涉及的仿真装置的结构的详细内容的框图。
[0031]图16是表示实施方式2所涉及的仿真执行部的详细内容的框图。
[0032]图17是表示使用实施方式2所涉及的仿真装置进行的数控工作机械的仿真流程的流程图。
[0033]图18是表示实施方式2所涉及的数控工作机械的机械构造模型部中使用的模型模板的一个例子的图。
[0034]图19是表示实施方式3所涉及的工作机械系统的结构例的框图。
[0035]图20是表示使用实施方式3所涉及的仿真装置进行的数控工作机械本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种仿真装置，其特征在于，具有：模型模板数据库部，其存储多个模型模板，该模型模板通过计算式记述有构成由机械装置对多个致动器进行驱动而执行的作业的要素的输入和输出之间的关系；模型结构选择部，其基于所述机械装置的结构及对所述作业赋予特征的结构信息，从所述模型模板数据库部对1个或多个所述模型模板进行选择；模型参数设定部，其针对由所述模型结构选择部选择出的所述模型模板，对所述模型模板的变量即模型参数进行设定；以及仿真执行部，其基于由所述模型参数设定部设定出所述模型参数后的所述模型模板、和在执行所述作业时在所述作业中使用的刀具应该经过的路径即指令路径而执行所述作业的仿真，对所述作业的预测结果即预测作业结果进行计算。2.根据权利要求1所述的仿真装置，其特征在于，具有优化运算执行部，该优化运算执行部基于所述预测作业结果和在所述作业中应该达到的性能而进行所述模型参数的优化。3.根据权利要求2所述的仿真装置，其特征在于，所述模型参数设定部在设定所述模型参数后，如果得到设定有由所述优化运算执行部进行优化后的所述模型参数的所述机械装置的作业结果，则基于得到的作业结果，对在所述模型模板中设定完成的所述模型参数进行更新。4.根据权利要求3所述的仿真装置，其特征在于，将由所述优化运算执行部对所述模型参数进行优化的处理和由所述模型参数设定部对在所述模型模板中设定完成的所述模型参数进行更新的处理并列地执行。5.根据权利要求1至4中任一项所述的仿真装置，其特征在于，所述模型结构选择部使用在对所述机械装置的轴进行控制的伺服控制装置及过程控制装置中设定的控制参数而作为所述结构信息，对所述模型模板进行选择。6.根据权利要求1至5中任一项所述的仿真装置，其特征在于，所述模型参数设定部基于对所述机械装置的轴进行控制的伺服控制装置的特征量及由设置于所述机械装置的传感器输出的传感器数据对所述模型参数进行识别，将识别出的所述模型参数设定于所述模型模板。7.根据权利要求1至6中任一项所述的仿真装置，其特征在于，所述仿真执行部具有：指令值运算模拟部，其基于所述指令路径，对时间序列的针对所述机械装置的各驱动轴的预测轴指令及针对主轴的预测过程指令进行运算；多个伺服控制模拟部，它们基于所述预测轴指令及预测轴反馈信号，对向关联的所述驱动轴的预测致动器驱动指令进行运算；过程控制模拟部，其基于所述预测过程指令及预测过程反馈信号，对向所述主轴的预测过程变更量进行运算；多个驱动机构模型部，它们基于所述预测致动器驱动指令及预测轴干扰，对关联的所述驱动轴的预测轴位置进行运算，并且将运算出的预测轴位置作为所述预测轴反馈信号而输出至所述伺服控制模拟部；机械构造模型部，其基于由多个所述驱动机构模型部各自运算出的所述预测轴位置和
预测过程干扰，对作业点位移和各驱动轴的所述预测轴干扰进行运算；以及过程模型部，其基于所述作业点位移，对预测作业结果及所述预测过程干扰进行运算。8.根据权利要求7所述的仿真装置，其特征在于，所述指令值运算模拟部在所述机械装置中以比由指令值运算部对针对所述驱动轴的轴指令及针对所述主轴的过程指令进行运算的周期短的周期，对所述预测轴指令及所述预测过程指令进行运算。9.根据权利要求7或8所述的仿真装置，其特征在于，将由所述伺服控制模拟部执行运算的周期即伺服运算周期设为比由所述指令值运算模拟部执行运算的周期即指令值运算周期短的时间，设定所述伺服运算周期的整数倍且所述指令值运算周期的整数倍的周期即仿真执行周期，所述指令值运算模拟部在所述指令值运算周期和所述仿真执行周期一致的定时，对所述预测轴指令及所述预测过程指令进行运算，所述伺服控制模拟部在所述伺服运算周期和所述仿真执行周期一致的定时，对所述预测致动器驱动指令进行运算。10.根据权利要求7至9中任一项所述的仿真装置，其特征在于，所述驱动机构模型部在对所述预测轴位置进行运算的定时和由所述伺服控制模拟部对所述预测致动器驱动...

【专利技术属性】
技术研发人员：藤田智哉，池田辽辅，鱼住诚二，甲斐孝志，藤井健太，木津优一，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：