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    公开号:WO1989003074A1
    申请号:PCT/JP1988/000969
    申请日:1988-09-22
    公开日:1989-04-06
    发明作者:Hideaki Kawamura；Toshiaki Otsuki
    申请人:Fanuc Ltd；
    IPC主号:G05B19-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書
    [0002] 数値制御装置
    [0003] 技 術 分 野
    [0004] 本発明 は、 ス プ ラ イ ン補間機能 に よ り 補間制御を行 な う 数値制御装置 に 関す る 。
    [0005] 背 景 技 術
    [0006] 通常の N C 工作機械 に よ り 所定の形状の加工 を行な う た め に 用意 さ れ る 加エ ブ ロ グ ラ ム の作成 に は、 自 動 プ ロ グラ ミ ン グ装置が使用 さ れ る 。 こ れ は、 指令 さ れ た 点列 を順次接続 し て工具通路の補間を行 な う た め の演算が必 要 と な る か ら で あ る 。 特 に レ ーザ加工機 な ど で、 高速 に 精度良い加工軌跡を必要 と す る 場合や、 テ ィ 一 チ ン グ さ れ た 点列 に沿 っ て ア ー ム を滑 ら か に 移動 さ せ な く て は な ら な い ロ ボ ヅ 卜 の制御 な ど の プ ロ グ ラ ム の作成 に は不可 欠で あ る 。 又、 型彫機 な ど で も 、 複雑 な形状の モ デル を デ ィ ジ タ イ ジ ン グ し て得 た 点列か ら 、 滑 ら か な加工曲線 を実現す る 加工 プ ロ グ ラ ム を作成す る と き に は 必要 と さ れ る 。
    [0007] 従来の オ フ ラ イ ン で の 自 動 プ ロ グ ラ ミ ン グ装置 に よ る 補間 は 、 指令 さ れ た 点列を微小 な直線 あ る い は 円弧 に よ り 接続す る 方法 で あ り 、 通常の N C 工作機械を使用 し て い る 現場 に ぉ レ、 て ほ、 作成 さ れ た プ ロ グ ラ ム テ 一 ブ を N C 装置 に か け て使用 し て お り 、 加工結果 を見て プ ロ グ ラ ム を 修正 す る 必要 が あ る と 、 そ の 場 で 再度 プ ロ グ ラ ム テー プ を作成 し な お す こ と が必要 に な る 。 従 っ て 、 加工 の現場 に ほ常 に 自動 プ ロ ダ ラ ミ ン グ装置が置かれて い な く て は な ら ない。 又、 プ ロ グ ラ ム の修正は、 そ れ に習熟 し て い ない場合に は、 容易 に行な う こ と がで き ない。
    [0008] ま た、 一般に N C 装置で ほ読み込 ま れ た指令テー プの プ ロ グ ラ ム を読取 り 、 解読 し て、 パ ルス分配データ を作 成す る ため に 必要な時間ほ、 ブ ロ ッ ク ブ ロ セ ッ シ ン グ時 間 （ T p ) と 呼ばれて い る。 上記点列を接続す る微小 な 直線ま た は円弧の弧の長さ を II と し、 指令さ れた送 り 速 度を F と す る と き 、 パ ル ス分配に必要な時間 T i t p は、 T i t p = U / F と な る 。 そ こ で、 ブロ ッ ク ブ ロ セ ッ シ ン グ時間 に対 し て こ の T i t p が、 T p > T i t p と な る よ う な大 き な送 り 速度 F が指令 さ れる と 、 パ ルス分配データ の 準 備 が 間 に 合 わ な く な る 。 こ の た め 、 送 り 速度 F は、
    [0009] F ≤ β T p
    [0010] と な る 。 つ ま り 、 微小な直線 ま た は円弧が指令さ れた場 合 に ほ、 加工速度 に制限が出て く る 。 ま た、 テー プ長も 長 く な る 。 他方、 加工速度を高め る た め に は、 直線や円 弧 に 沿 っ て 指令 さ れ る 点列 の分割 を大 き く す れば良い が 、 そ う す る と 接続 さ れ た 軌 跡 の 滑 ら か さ が失 わ れ る 。
    [0011] こ の よ う に 、 加工速度 と 加工精度の問題を同時に解決 す る こ と がで き ない ため、 従来の 自動 ブ ロ グ ラ ミ ン グ装 置 に よ り 補間す る 方式で は型彫機な ど の加工で、 滑 ら か な 加ェ曲 線 を 能率良 く 実現で き な い と レヽ ぅ 問題が あ つ た 。
    [0012] 発 明 の 開 示
    [0013] 本発明 は、 こ う し た 問題点 を解決すべ く な さ れ た も の で 、 自 動 ブ ロ グ ラ ミ ン グ装置を使用 せ ず に、 オ ン ラ イ ン で形成 さ れ る ス プ ラ イ ン 曲線 に 沿 つ た補間 （ ス ブ ラ イ ン 補間 と い う 。 ) が行 な え る よ う に し た数値制御装置を提 供す る こ と を 目 的 と し て レヽ る 。
    [0014] 本発明 に よ れ ば、 離散的 に 与 え ら れ た指令位置を補間 し て指令パ ル ス を形成 し可動部 を制御す る 数値制御装置 に お い て 、 補間す る 指令位置間を結ぶス ブ ラ イ ン 曲線を 設定す る 設定手段 と 、 設定 さ れ た ス プ ラ イ ン 曲線上の单 位時間当 り の移動量を補間べ ク ト ル と し て指令す る補間 手段 と を具備 し て な る こ と を特徴 と す る 数値制御装置が 提供で き る 。
    [0015] 従 っ て本発明の数値制御装置 は、 指令位置 と そ の ス プ ラ イ ン 補間指令 と か ら ス プ ラ イ ン 曲線を決定 し 、 こ の 曲 線の接線方向の送 り 速度が、 指令 さ れ た速度 に な る よ う に 移動量を演算 し て レヽ る 。
    [0016] 図面の簡単 な説明
    [0017] 第 1 図 は、 本発明 の一実施例を示す ブ ロ ッ ク 図、 第 2 図 ほ、 ス ブ ラ イ ン 曲線の一例 を示す図、 第 3 図 （ a ) , ( b ) , ( c ) は、 ス プ ラ イ ン 補間 を詳細 に 説明す る た め の説明図、 第 4 図 は、 補間の手順を示す図で あ る 。
    [0018] 発明 を実施す る た め の最良の形態
    [0019] 以下、 図面を 用 い て本発明 の一実施例 に つ い て詳細 に 説明す る 。
    [0020] ま ず、 ス プ ラ イ ン補間機能 に よ り 補間を行な う 数値制 御装置 に つ い て 、 第 1 図 の 概略構成 図 に よ り 説 明 す る 。
    [0021] 図に おいて 、 1 は指令テー プ で あ り 、 指令位置 Φ指令 速度が パ ン チ さ れて い る 。 2 ほ C P U で あ り 、 テ ー プ リ ー ダ 3 や メ モ リ 4 等が バ ス ラ イ ン に よ り 接続 さ れ、 テープ 1 か ら 、 又は メ モ リ 4 か ら 、 工具移動 に つ い て の データ が読み取 ら れる 。 5 は前処理手段で あ り 、 データ に補間指令の G コ ー ド が含ま れて い る と き に指令さ れ た 点列 P に 基づい て ス プ ラ イ ン 曲線の係数を演算 し、 決定 し てい る 。 6 はパ ル ス分配器で あ り 、 決定さ れたス ブ ラ イ ン 曲線の接線方向での単位時間当 り の移動量を演算 し て いる 。 こ う し て作成 さ れた補間データ は、 パ ルス分配 器 6 か ら工具の各軸毎の指令パ ル ス と し て 出力 さ れ る 。
    [0022] 7 ほサーボモータ 8 を駆動す る サーボ制御回路で あ り 、 サ一ボ モータ 8 に よ り ボールね じ等を介 し て工具を移動 す る 。
    [0023] 第 2 図 は 、 ス プ ラ イ ン 補間 の一例 を説明 す る 図 で 、 P i , ··· P n は、 指令さ れ た点列、 C 丄 ， ♦·· C η は、 そ れぞれス プ ラ イ ン 曲線セグメ ン ト で あ る 。
    [0024] ス プ ラ イ ン補間で は、 指令さ れた点列を通 る ス ブ ラ イ ン 曲線 に対応す る ス プ ラ イ ン 関数 に よ り 、 各ス プ ラ イ ン 曲線セグメ ン ト を補間す る 。 ス ブ ラ イ ン 曲線上の任意の 点 の位置ベ ク ト ル IP ば、 ノ ラ メ ー タ t , ベ ク ト ル係数 A , IB , C , ID と す る
    [0025] IP (t) = /A t 3 + IB t 2 + C t + ID … （ 1 ) の 3 次曲線を示す一般式 に よ り 示す こ と が で き る 。 各セ グ メ ン ト ほ 、 こ の式 に よ り 決定さ れ る が 、 そ の 時、 こ れ ら の 各 セ グ メ ン ト 間 で の ス プ ラ イ ン 曲線が、 そ の 2 階導 関数べ ク ト ルを連続 と す る よ う に 円滑 に 接続さ れ る た め に は、 上記多項式 （ 1 ) の各係数 に つ い て 、
    [0026] 1 ) 接続点が一致 し て い る こ と 、
    [0027] 2 ) 接続点 で接線べ ク ト ルが一致 し て い る こ と 、
    [0028] 3 ) 接続点 で接線べ ク ト ル の 変化率 が一致 し て い る こ と 、
    [0029] を条件 と す る 。
    [0030] 指令 さ れ た 点列か ら 、 ス ブ ラ イ ン 曲線 を決定す る た め に ほ、 そ れ ぞれ次の様 に始点ベ ク ト ル P 1 と 第 1 の分割 点のべ ク ト ル P 2 と か ら 、 上記第 1 式のス プ ラ イ ン 関数 f ( t ) を決定す る 係数ベ ク ト ルを 求 め る 。
    [0031] P i = f ( 0 ) = D … （ 2 )
    [0032] P i = f ( 1 ) = A + B + C + D ·'· ( 3 ) P 1 ' = f ' ( 0 ) = C ♦·· ( 4 ) P i " = f " ( 0 ) = 2 x D ♦·· ( 5 ) つ ま り 、 始点 に お け る 位置ベ ク ト ル 、 接線ベ ク ト ル 、 及び 2 階微分ベ ク ト ル か ら 、 係数を演算す る こ と が可能 で あ る 。
    [0033] 次 に 、 設定 さ れ た ス ブ ラ イ ン 曲線の接線方向で の单位 時間当 り の移動量 は 、 接線速度 F ( mm/min ) 、 パ ル ス分 配 （ I T P ) 周期 I ( msec/lITP ) 、 1 I T P 当 り の移 動量 f ( mra/1 ITP ) を も と に し て ス プ ラ イ ン関数べク ト ル f ( t ) か ら計算で き る。
    [0034] つ ま り 、 第 3 図 （ a ) に示す 1 つのス プ ラ イ ン曲線セ グメ ン ト （ P t 0 P " max ) について考え る と き、 中間 の任意の位置べク ト ル IP t に よ り 示される点 P t での微 分係数 I P t ' I は、 次の様 に な る （第 3 図 （ b ) 参 ø§ ) 0 一
    [0035] Pt十 At - IPt + Λ t
    [0036] 1 卜 m」^— ^ i
    [0037] Δ 。 (七ヤ A~t)— t 厶 0 厶 t
    [0038] い ま 、 ίο ^ ίΟΟΟ I
    [0039] と す る と 、 速度を一定 （ F , f ) に保つ為の 厶 t は
    [0040] Δレ一
    [0041] に よ り 求め る事がで き る 。
    [0042] し た が っ て、 セ グ メ ン 卜 (P t 0 IP t"niax)の ス プ ラ イ ン 曲線上の点は、
    [0043] tn- j)
    [0044]
    [0045] と な っ て、 ス プ ラ イ ン関数 f ( t ) に よ り 指令す る こ と が で き る 。
    [0046] し た が っ て 、 各 I T P 周期 I 每の移動 は
    [0047] Ft。-!P" — P -骨（t〗） - (o)
    [0048] Δ Pin- tntl- Ptn= #(tn+i)- Ptn
    [0049] と し て得 る こ と がで き る 。 終点 Pima x に つ レ、 て は、 t n ≥ t m a と な っ た日寺
    [0050] と す る （ 第 3 図 （ c ) 参照 ） 。
    [0051] ま た 、 各点 p t で の微分係数つ ま り 接線べ ク ト ルの大 き さ I P t ' | は 、 次式で計算 さ れ る 。
    [0052] 矛 (t)= At3十 βΐ2 十 Ct十 Ρ
    [0053] f'U)= 3 ί^十 2 十 C
    [0054] I I
    [0055] = Iffct) I
    [0056] OA t2 十 2 bxt 十 し 十（JAyt2 ャ ： I 七 十 < y f
    [0057] 十（3Azt 十 2 t Zt 卞 Cz
    [0058] - 'A I214十 "/ A' H3+(3(/ -€)-mi2) 2 + 2 (/B*C t+ /C|2 第 4 図 は、 上記実施例の数値制御装置 に お け る 補間の 手順 を示す図 で あ る 。 ま ず 、 テー プ指令が与 え ら れ る と
    [0059] ( ス テ ッ プ a ) 、 そ こ に あ る ス プ ラ イ ン 補間指令 を読み 取 り （ ス テ ッ プ b ) 、 そ れが演算部 で あ る C P U 2 に お い て 解読 さ れ （ ス テ ッ プ c, ) 、 指令 さ れ た 点列 に 基づい て上記前処理手段 5 に よ り ス ブ ラ イ ン 曲線の係数 を 求 め る （ ス テ ッ プ d ) 。 そ し て 、 こ の ス プ ラ イ ン 曲線を規定 す る関数のパ ラ メ ータ t を変化さ せて、 その接線方向の 送り 速度が指令された速度 F に な る よ う 、 所定のパ ル ス 分配周期当 り の移動量でス プ ラ イ ン補間する （ ス テ ッ プ e ) 。 ス プ ラ イ ン補間された移動指令はサーボ制御回路 7 に出力され （ステ ッ プ ） 、 サーボモータ を駆動して ( ス テ ッ プ g ) 、 機械 の 運 転 を 行 な う （ ス テ ッ プ h ) 。
    [0060] 上記ス テ ツ ブ a で読み込 ま れる ス ブ ラ イ ン 補間指令 ほ、
    [0061] G 0 6 . 1 ；
    [0062] X Y —— Z F ：
    [0063] X —— Y —— Z —— ；
    [0064] の よ う に指令さ れる 。 こ こ で 、 G O 6 . 1 は 、 ス ブ ラ イ ン補間モ ー ド の G コ ー ド 、 X , Υ , Z ほ、 指令される点 列の座標値、 F は切削送 り の速度であ る。
    [0065] な お 、 始点で の 1 階微分ベ ク ト ル （接線ベ ク ト ル ） P ' と 、 2 階微分ベ ク ト ル P 〃 を指令する場合に は、 G コ ー ド の直後に挿入する 。
    [0066] 2 番目以降のセグメ ン ト に お ける P ' 、 P " は、 1 つ 前の セ グ メ ン ト の 終点 で の P ' 、 P " を使用する 。 こ れ に よ り 、 セ グ メ ン ト 間での接続点の接線べク ト ル と 、 接 線ベク ト ルの変化率 と はそれぞれ一致す る。 な お、 P ' の みが始点 の端末条件 と し て指令さ れ た場 合 に は、 最初のス プ ラ イ ン 曲線 セ グメ ン ト が、 3 点 目 の P s を通 る も の と し て 、 式 （ 5 ) の代 り に
    [0067] f ( 1 + τ )
    [0068] = A ( 1 + τ ) 3 + Β ( 1 + τ ) 2 + C ( 1 + τ ) + D = Ρ 5 た だ し、 て - Ρ 2 Ρ 5 / Ρ 1 Ρ 2
    [0069] な る 関係を使 う 。
    [0070] 以上、 本発明 の一実施例を説明 し た が、 本発明 は こ れ に 限定 さ れ る も の で な く 、 本発明の要旨 の範囲内で種 々 の変形が可能で あ っ て 、 こ れ ら を本発明の範囲か ら 排除 す る も の で は な レヽ。
    [0071] 産業上の利用可能性
    [0072] 本発明の数値制御装置 は、 指令 さ れ た 点列 を 3 次の ス ブ ラ イ ン 曲線 で順次 に 接続 し 、 接続さ れ た ス プ ラ イ ン 曲 線を ス プ ラ イ ン 補間す る よ う に し て お り 、 指令 さ れ た点 列 を滑 ら か に 接続す る こ と が で き る と と も に 、 微小 な円 弧や直線 に 分割 し て近似す る 必要が な く 、 自 動 プ ロ グ ラ ミ ン グ装置な し に 、 現場 で の点列の修正 な どが可能 に な り 、 し か も ブ ロ ッ ク プ ロ セ ッ シ ン グ時間 に よ る 加工速度 の制約が な く な り 、 加工 テ一 ブを使用 す る 場合で も そ の 長 さ は短 く な つ て 、 高速 な加工を実現 で き る 。
    权利要求:
    Claims 請 求 の 範 囲
    ( 1 ) ス プ ラ イ ン補間機能に よ り 補間制御を行な う 数 値制御装置ほ、 次を含む ：
    離散的 に与え ら れた指令位置を補間 して指令パ ル スを 形成し可動部を制御する制御手段 ；
    補間する指令位置間を結ぶス ブラ イ ン 曲線を設定する 設定手段 ；
    設定さ れたス プラ イ ン 曲線上の単位時間当 り の移動量 を補間べク ト ル と し て計算す る補間手段。
    ( 2 ) 前記補間手段は、 前記可動部 に対する パ ルス分 配周期毎 に移動量を指令する こ と を特徴 と す る請求の範 囲第 （ 1 ) 項記載の数値制御装置。
    ( 3 ) 前記設定手段ほ、 3 次関数 と し て想定される ス ブ ラ イ ン関数の各係数を演算し、 指令位置間を接続す る ス プ ラ イ ン 曲線を設定す る こ と を特徴 と す る請求の範囲 第 （ 2 ) 項記載の数値制御装置。
    ( 4 ) 前記補間手段は、 前記可動部 に対する移動量を パ ルス分配周期每に、 可動部の位置が前記ス プ ラ イ ン関 数に基づ く 位置 と一致す る よ う に指令す る こ と を特徴 と する請求の範囲第. （ 3 ) 項記載の数値制御装置。
    ( 5 ) 前記指令位置の始点 に お け る ス プ ラ イ ン関数の 接線べ ク ト ル と 2 階微分べ ク ト ル と を演算す る 演算手段 を有 し 、 こ れ ら べ ク ト ル に 基づい て指令位置を接続す る ス プ ラ イ ン 曲線を設定す る こ と を特徴 と す る 請求の範囲 第 （ 1 ) 項乃至第 （ 4 ) 項記載の数値制御装置。
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    法律状态:
    1989-04-06| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): US |
    1989-04-06| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): DE FR GB |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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