JP4461030B2

JP4461030B2 - 数値制御装置及び数値制御方法

Info

Publication number: JP4461030B2
Application number: JP2005008752A
Authority: JP
Inventors: 裕二永縄
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2005-01-17
Filing date: 2005-01-17
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2025-01-17
Also published as: JP2006195862A

Description

本発明は、手動による軸移動操作または自動による加工プログラムでの軸移動指令に応じて工作機械の移動体を軸移動制御するための関数発生手段を有する数値制御装置において、手動操作および自動運転時の機械衝突を回避する数値制御装置に関する。

周知の数値制御装置では、手動による軸移動操作または自動による加工プログラムでの軸移動指令が行われた場合、移動方向に応じて軸制御周期ごとに関数発生を行い、工作機械の移動体を軸移動制御している。従来、軸移動時の機械衝突を回避するためには、予め移動可能な範囲を可変リミット位置として登録しておき、可変リミット位置を越えるような場合は、移動体が可変リミット位置に減速停止するように関数発生を終了する。

このような従来技術のブロック図を図３に示す。図３において、手動送りをする軸を選択するスイッチ、手動送りの方向を選択するスイッチ等から成るＮＣ操作パネル・機械操作パネル１より入力されたスイッチの信号が入力制御手段２に送出され、入力制御手段２では、スイッチの信号をデコードして手動送りする軸、手動送りの方向のデータを生成し、手動操作指令として関数発生手段３に送出する。

関数発生手段３は、手動操作指令を受け取ると、工作機械の移動体を軸移動制御するために、軸制御周期毎に関数発生位置の算出を開始し、手動操作指令を受け取っている間はこの関数発生を継続し、手動操作指令が無くなったら移動体が減速停止するように関数発生を終了する。尚、関数発生位置を算出する際、予め、送り速度データ格納手段５により制御軸毎・制御周期毎の加減速単位量として設定・格納された手動送り速度データを参照して、所定の加速度、速度で移動体が軸移動するように関数発生位置を算出する。

また、可変リミット格納手段４には、制御軸毎の移動可能範囲として設定された可変リミット位置が格納されており、関数発生手段３は、移動体がこの可変リミット位置を越えるような手動操作指令の場合は、可変リミット位置に減速停止するように関数発生を終了する。算出した関数発生位置は軸制御周期ごとに駆動手段６に送出され、駆動手段６は関数発生位置を基に工作機械の移動体の駆動を行う。

一方、ＮＣ操作パネル・機械操作パネル１から使用する加工プログラム名をキー入力し、ＮＣ操作パネル・機械操作パネル１の起動ボタンを押すと、入力制御手段２からプログラム解釈指令が加工プログラム解釈手段７に通知される。加工プログラム解釈手段７はプログラム解釈指令を受け取ったならば加工プログラム格納手段８からキー入力された加工プログラム名の加工プログラムを読み出し、先頭から１ブロック毎に取り出して工具オフセットあるいは原点オフセット等を加味した実際の工具の目標点や送り速度データを生成し、プログラム制御指令として関数発生手段３に送出する。

関数発生手段３は、プログラム制御指令を受け取ると、工作機械の移動体を軸移動制御するために、軸制御周期毎に関数発生位置の算出を開始し、目標移動位置に減速停止するように関数発生を終了する。尚、関数発生位置を算出する際、予め、送り速度データ格納手段５により制御軸毎・制御周期毎の加減速単位量として設定・格納された自動送り速度データを参照して、所定の加速度、速度で移動体が軸移動するように関数発生位置を算出する。

また、可変リミット格納手段４には、制御軸毎の移動可能範囲として設定された可変リミット位置が格納されており、関数発生手段３は、移動体がこの可変リミット位置を越えるようなプログラム制御指令の場合は、可変リミット位置に減速停止するように関数発生を終了する。算出した関数発生位置は軸制御周期ごとに駆動手段６に送出され、駆動手段６は関数発生位置を基に工作機械の移動体の駆動を行う。

工具と素材との干渉を自動的に回避する方法として、特許文献１では、素材形状データと工作機械上での取付け位置から素材の外表面の干渉領域を演算し、この干渉領域に工具が進入したことを検出する方法が開示されている。

また特許文献２では、工具の刃先位置を予測し、その予測位置で干渉が発生する場合には減速することで禁止領域に干渉する前に工具を停止する方法が開示されている。

特開昭５８−１６３００１号公報特開平８−１５２９０８号公報

従来の衝突回避の方法は、前述したように予め制御軸毎に移動可能な範囲を可変リミット位置として登録しておくため画一的なものになり、各制御軸の移動可能範囲内にある干渉物、例えば素材、治具、心押台などとの衝突は作業者が注意深く操作するか、あるいは自動運転前に加工プログラムを１ステップ毎に実行して衝突しないことを確認するなど人為的に回避しなければならない。

この際、移動体が速い速度で干渉物に接近すると、作業者は衝突の危険を察知してオーバライドを下げ、ゆっくりと干渉物に接近させ干渉しないかを目視しながら操作を行うため、作業者への負担が大きく、かつ確認に多大な時間を要するという課題がある。

また工具と素材との干渉を自動的に回避する方法として、特許文献１の技術では、干渉領域に侵入するまで干渉とはみなされないため、十分な減速が行われないまま急停止することになる。さらに特許文献２の技術では、前サンプリング位置と現在位置から予測刃先位置を演算するため必ずしも実際の工具移動位置に合致するとは限らない。いずれの場合も、軸移動操作に対して、干渉の有無を確認しながらきめ細かく軸移動を開始したり、再開したり、また、干渉を避けるためにきめ細かく、精度よく所望の位置に減速停止する事ができないという課題があった。

本発明は、このような事情により成されたものであり、本発明の目的は、手動／自動の全ての操作において、作業者の操作によらず、いかなる操作を行っても干渉物との接近を検出したら減速を行い、安全かつ確実に、精度よく干渉物に接近して衝突を回避できるように、きめ細かく軸移動制御を行う事を可能とした数値制御装置を提供することにある。

以上のような目的を達成するために、本発明に係る数値制御装置は、軸移動指令に応じて工作機械の移動体を軸移動制御するための関数発生を行う関数発生手段と、前記移動体の形状データと前記移動体に干渉する可能性のある干渉物の形状データとを記憶する手段と、前記移動体と前記干渉物との干渉の有無を確認する干渉チェック手段と、を有する数値制御装置において、予め決められた所定周期毎に、指令された軸移動指令に応じた距離だけ現在位置から離れた仮想移動位置を算出すると共に、前記移動体の仮想移動位置における速度から減速停止に必要な距離を算出して前記移動体の近接チェック値として求める近接チェック値算出手段を有し、前記干渉チェック手段は、前記軸移動指令に応じた前記関数発生を開始する前に、前記所定周期毎に、仮想的に前記移動体の形状データを前記仮想移動位置に移動させ、前記仮想移動位置における前記移動体の形状データに前記近接チェック値を付加した領域と前記干渉物の形状データとの干渉の有無を確認し、前記関数発生手段は、前記干渉チェック手段が干渉有と確認した場合は前記移動体を現在位置から指令された軸移動方向へ減速移動させ、干渉無と確認した場合は前記移動体を現在位置から指令された軸移動方向へ加速移動させるよう関数発生を行うことを特徴とする。

本発明に係る数値制御方法は、工作機械の移動体の形状データと前記移動体に干渉する可能性のある干渉物の形状データとを記憶する工程と、軸移動指令に応じて工作機械の移動体を軸移動制御するための関数発生を行う関数発生工程と、前記移動体と前記干渉物との干渉の有無を確認する干渉チェック工程と、を含む数値制御方法において、予め決められた所定周期毎に、指令された軸移動指令に応じた距離だけ現在位置から離れた仮想位置を算出すると共に、前記移動体の仮想移動位置における速度から減速停止に必要な距離を算出して前記移動体の近接チェック値として求める近接チェック値算出工程を含み、前記干渉チェック工程は、前記軸移動指令に応じた前記関数発生を開始する前に、前記所定周期毎に、仮想的に前記移動体の形状データを前記仮想移動位置に移動させ、前記仮想移動位置における前記移動体の形状データに前記近接チェック値を付加した領域と前記干渉物の形状データとの干渉の有無を確認し、前記関数発生工程は、前記干渉チェック手段が干渉有と確認した場合は前記移動体を現在位置から指令された軸移動方向へ減速移動させ、干渉無と確認した場合は前記移動体を現在位置から指令された軸移動方向へ加速移動させるよう関数発生を行うことを特徴とする。

また、本発明に係る数値制御方法において、前記干渉チェック工程は、前記移動体の軸移動方向に対し進行方向又は全方向にわたり形状データに前記近接チェック値を付加した領域と前記干渉物の形状データとの干渉の有無を確認することを特徴とする。

本発明によれば、手動操作あるいは加工プログラムでの自動運転操作で軸移動指令を行った際、移動体の移動を開始する前に、移動体の速度から減速停止するのに必要な距離を算出して形状モデルを使用した干渉チェックを行い、この干渉チェックの結果に従って、移動体を移動させるための関数発生で減速したり、加速したりすることができるため、作業者の操作によらず、いかなる操作を行っても安全かつ確実に、精度よく干渉物に接近して衝突を回避できるように、きめ細かく軸移動制御を行う事を可能とした数値制御装置が提供できる。

以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。

図１は、本実施形態における衝突回避機能を有する数値制御装置の構成の一例を示すブロック図であり、符号１、２、４、５、６、７、８については図３と同一機能であり、説明を省略する。

三次元データ格納手段１１には、工作機械の移動体の軸移動に伴い干渉が発生しうる素材、治具、工具、工作機械要素などの三次元データが登録・格納されている。尚、これらの内、軸移動操作で移動する移動体とこの移動で干渉する可能性がある干渉物とが何であるかは、工作機械の構成により異なり、以降の実施例説明で限定されるものでは無い。

近接チェック値算出手段９は、入力制御手段２から手動操作指令、あるいは加工プログラム解釈手段７からプログラム制御指令を受け取る。近接チェック値算出手段９は、移動体の三次元データと干渉物の三次元データとを用いた干渉の有無を確認できるように、移動軸と移動方向に従った軸制御周期毎の仮想移動位置を算出し、この時の軸移動速度から減速停止するまでに必要な距離を算出し、この値を近接チェック値とする。

尚、仮想移動位置を算出する際、予め、送り速度データ格納手段５により制御軸毎・制御周期毎の加減速単位量として設定・格納された送り速度データを参照して、所定の加速度、速度で移動体が軸移動するように仮想移動位置を算出する。また、可変リミット格納手段４には、制御軸毎の移動可能範囲として設定された可変リミット位置が格納されており、移動体がこの可変リミット位置を越えるような場合は、可変リミット位置に減速停止するように仮想移動位置を算出する。

干渉有無確認手段１０は、移動体の三次元データに近接チェック値を付加した領域からなる近接チェック移動体を作成し、この近接チェック移動体を仮想移動位置に移動させ、干渉物の三次元データとの三次元空間上の重なりの有無をチェックし、重なりがある場合は、近接有と確認し、重なりが無い場合は、近接無と確認する。

関数発生手段３Ａは、従来技術の図３で説明したように、手動操作指令あるいはプログラム制御指令に従って工作機械の移動体を軸移動制御するために、軸制御周期毎に関数発生位置を算出するものであるが、さらに、本発明では以下のように動作する。

まず、この関数発生手段３Ａは、移動体の移動で干渉有無確認が確認された後に関数発生を開始する。前記の通り、干渉有無確認手段１０は、仮想移動位置に基づいて近接有無を確認しているので、近接無と確認された場合は、従来通り関数発生位置を算出する。近接有と確認された場合は、従来の可変リミット位置への減速停止と同様な減速処理を行う。

減速処理を行うことで、次の軸制御周期での近接干渉チェック値は前回より小さな値となり、近接有が続く限り減速を続け最終的には停止することになる。また、途中で近接無になった場合には、加速を開始することになる。

また、本実施形態の説明は直線軸にて行ったが、直線軸に限定されるものではなく、移動体を回転させる回転軸でも同様であり、旋盤において工具を装着した刃物台の旋回や、マシニングセンタにおいて、主軸に装着された工具とマガジンポットの工具との交換をつかさどる工具交換アームの旋回にも適用可能である事は言うまでも無い。

次に図２を用いて旋盤を例に、手動操作における近接チェック値算出手段９、干渉有無確認手段１０、関数発生手段３Ａの動作を具体的に説明する。図２において、工具Ｔが移動体の三次元データ、干渉物Ｗは、工具Ｔが移動する事によって干渉が発生する可能性のある干渉物の三次元データを示す。

ここで、手動送りスイッチＦが押下されて、工具ＴがそれぞれＰ１、Ｑ１を最大送り速度で通過して干渉物Ｗに近づく場合について説明する。図2−Ａで、Ｐ１の位置を通過する場合、近接チェック値算出手段９では、Ｐ１の位置での工具Ｔの速度から減速停止するのに必要な距離を算出して近接チェック値を求める。干渉有無確認手段１０では、近接チェック値を工具Ｔの形状データに付加した近接チェック領域Ｐ２を作成し、仮想移動位置ｐ２に移動させ、干渉物Ｗの三次元データとの三次元空間上の重なりの有無をチェックする。予め、送り速度データ格納手段５により制御軸毎・制御周期毎の加減速単位量として設定・格納された送り速度データを参照して、所定の加速度、速度で移動体が軸移動するように算出される。ｐ２への移動では干渉は発生しないため、関数発生手段３Ａでは、ｐ２と同じ位置であるＰ２への移動指令が作成される。

Ｐ２への移動が行われると、同様にして近接チェック領域Ｐ２を仮想移動位置ｐ３へ移動させ干渉の有無を確認する。ここで干渉物Ｗの干渉が確認されるため、関数発生手段３Ａでは減速処理を行いＰ３への移動指令を作成する。Ｐ３への移動が行われると、近接チェック値算出手段９では、前回減速処理が行われたために前回よりも小さな近接チェック値が算出され、干渉有無確認手段１０では近接チェック領域Ｐ３を作成して仮想移動位置ｐ４に移動させ干渉物Ｗとの干渉有無を確認する。ここでも干渉が確認されるため、関数発生手段３Ａではさらに減速処理を行い、Ｐ４への移動指令を作成する。これを繰返すことで、軸制御周期毎に減速が行われ、干渉物Ｗの直前で工具Ｔは停止することになる。

図２−Ｂに示すＱ１の位置を通過する場合は、近接チェック値算出手段９では、Ｑ１の位置での工具Ｔの速度から減速停止するのに必要な距離を算出して近接チェック値を求める。干渉有無確認手段１０では、近接チェック値を工具Ｔの形状データに付加した近接チェック領域Ｑ２を作成し、仮想移動位置ｑ２に移動させ、干渉物Ｗの三次元データとの三次元空間上の重なりの有無をチェックする。ここでは干渉は発生しないため、関数発生手段３Ａでは、ｑ２と同じ位置であるＱ２への移動指令が作成される。Ｑ２の位置に移動すると、同様にして近接チェック領域Ｑ２を仮想移動位置ｑ３へ移動させ干渉の有無を確認する。

ここで干渉物Ｗの干渉が確認されるため、関数発生手段３Ａでは減速処理を行いＱ３への移動指令を作成する。Ｑ３への移動が行われると、近接チェック値算出手段９では、前回減速処理が行われたために前回よりも小さな近接チェック値が算出され、干渉有無確認手段１０では近接チェック領域Ｑ３を作成して仮想移動位置ｑ４に移動させ干渉物Ｗとの干渉有無を確認する。ここでも干渉が確認されるため、関数発生手段３Ａではさらに減速処理を行い、Ｑ４への移動指令を作成する。

Ｑ４への移動が行われると、近接チェック値算出手段９では、前回減速処理が行われたために前回よりもさらに小さな近接チェック値が算出され、干渉有無確認手段１０では近接チェック領域Ｑ４を作成して仮想移動位置ｑ５に移動させ干渉物Ｗとの干渉有無を確認する。ここでは干渉が確認されないため、関数発生手段３Ａでは加速処理を行い、Ｑ５への移動指令を作成する。Ｑ５への移動指令は、予め、送り速度データ格納手段５により制御軸毎・制御周期毎の加減速単位量として設定・格納された送り速度データを参照して、所定の加速度、速度で移動体が軸移動するように算出される。

Ｑ５への移動が行われると、近接チェック値算出手段９では、前回加速処理が行われたために前回よりも大きな近接チェック値が算出され、干渉有無確認手段１０では近接チェック領域Ｑ５を作成して仮想移動位置ｑ６に移動させ干渉物Ｗとの干渉有無を確認する。ここでも干渉が確認されないため、関数発生手段３Ａでは加速処理を行い、Ｑ６への移動指令を作成する。

このように、干渉物Ｗに接近した場合は自動的に減速処理を行い、干渉物Ｗから離れていく場合には自動的に加速処理を行い、干渉物Ｗを自動回避することができる。なお、本実施形態において、近接チェック値は移動体の全周に対して付加したが、軸移動方向又は軸移動方向と上下左右方向に付加しても好適に処理可能である。

また、本実施形態の説明では、１軸の場合を説明したが、２軸以上の場合も同様な方法で実現できる事は言うまでも無い。

更に、本実施例では、移動体及び干渉物の形状データを三次元データとして説明したが、二次元データによりそれらの形状を表現し、二次元データにより干渉の有無を確認するようにしても良い。

本発明に係る数値制御装置の一実施例を示すブロック図である。本発明に係る旋盤での具体的な動作を説明する図である。本発明に係る旋盤での具体的な動作を説明する図である。従来技術に係る数値制御装置の一実施例を示すブロック図である。

符号の説明

１ＮＣ操作パネル・機械操作パネル、２入力制御手段、３，３Ａ関数発生手段、４可変リミット格納手段、５送り速度データ格納手段、６駆動手段、７加工プログラム解釈手段、８加工プログラム格納手段、９近接チェック値算出手段、１０干渉有無確認手段、１１三次元データ格納手段。

Claims

軸移動指令に応じて工作機械の移動体を軸移動制御するための関数発生を行う関数発生手段と、前記移動体の形状データと前記移動体に干渉する可能性のある干渉物の形状データとを記憶する手段と、前記移動体と前記干渉物との干渉の有無を確認する干渉チェック手段と、を有する数値制御装置において、
予め決められた所定周期毎に、指令された軸移動指令に応じた距離だけ現在位置から離れた仮想移動位置を算出すると共に、前記移動体の仮想移動位置における速度から減速停止に必要な距離を算出して前記移動体の近接チェック値として求める近接チェック値算出手段を有し、
前記干渉チェック手段は、
前記軸移動指令に応じた前記関数発生を開始する前に、前記所定周期毎に、仮想的に前記移動体の形状データを前記仮想移動位置に移動させ、前記仮想移動位置における前記移動体の形状データに前記近接チェック値を付加した領域と前記干渉物の形状データとの干渉の有無を確認し、
前記関数発生手段は、
前記干渉チェック手段が干渉有と確認した場合は前記移動体を現在位置から指令された軸移動方向へ減速移動させ、干渉無と確認した場合は前記移動体を現在位置から指令された軸移動方向へ加速移動させるよう関数発生を行うことを特徴とする数値制御装置。
工作機械の移動体の形状データと前記移動体に干渉する可能性のある干渉物の形状データとを記憶する工程と、軸移動指令に応じて工作機械の移動体を軸移動制御するための関数発生を行う関数発生工程と、前記移動体と前記干渉物との干渉の有無を確認する干渉チェック工程と、を含む数値制御方法において、
予め決められた所定周期毎に、指令された軸移動指令に応じた距離だけ現在位置から離れた仮想位置を算出すると共に、前記移動体の仮想移動位置における速度から減速停止に必要な距離を算出して前記移動体の近接チェック値として求める近接チェック値算出工程を含み、
前記干渉チェック工程は、
前記軸移動指令に応じた前記関数発生を開始する前に、前記所定周期毎に、仮想的に前記移動体の形状データを前記仮想移動位置に移動させ、前記仮想移動位置における前記移動体の形状データに前記近接チェック値を付加した領域と前記干渉物の形状データとの干渉の有無を確認し、
前記関数発生工程は、
前記干渉チェック手段が干渉有と確認した場合は前記移動体を現在位置から指令された軸移動方向へ減速移動させ、干渉無と確認した場合は前記移動体を現在位置から指令された軸移動方向へ加速移動させるよう関数発生を行うことを特徴とする数値制御方法。
請求項２に記載の数値制御方法において、
前記干渉チェック工程は、前記移動体の軸移動方向に対し進行方向又は全方向にわたり形状データに前記近接チェック値を付加した領域と前記干渉物の形状データとの干渉の有無を確認することを特徴とする数値制御方法。