JP7088820B2

JP7088820B2 - 数値制御装置

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Publication number: JP7088820B2
Application number: JP2018235835A
Authority: JP
Inventors: 千裕阿部; 学斉藤; 武徳小野
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2018-12-17
Filing date: 2018-12-17
Publication date: 2022-06-21
Anticipated expiration: 2038-12-17
Also published as: US11194313B2; JP2020098428A; DE102019008550A1; US20200192334A1; CN111324086B; CN111324086A

Description

本発明は、数値制御装置に関し、特に複数軸に対する連続した軸制御指令を簡便かつ効率的に実現する数値制御装置に関する。

数値制御装置が実行する加工プログラム（ＮＣプログラム）においては、通常、１ブロックごとに１つの直線線分、円弧線分の移動指令を記述する。したがって、複数の直線線分や円弧線分等からなる加工パスを指令する際には、軸移動指令を複数ブロックにわたり連続して記述する必要がある（図１参照）。

また、数値制御装置は、通常、ＮＣプログラムに記述された指令ブロックを先頭から順次読み込んでプログラムを解析し、ブロック情報を生成し、ブロック情報を元に補間処理を行い、各軸の分配パルスを作成する。

良好な加工面を得るためには、分配パルスを途切れることなく連続して作成し、出力する必要がある。そのため、補間に必要なブロック情報の作成は、補間より先に完了していなければならない。よって、数値制御装置は、通常、ＮＣプログラムを実行するよりも前の時点でＮＣプログラムの読み込みを開始し、ＮＣプログラムに含まれるあらゆる指令の解析を行う。これを先読み処理という（図２参照）。

従来の軸移動指令には、次のような問題がある。
（１）１ブロックで１区間分しか指令ができないため、１ブロックの先読み処理で作成できるブロック情報は基本的に１線分である。固定サイクル機能を使用すれば、１ブロックの指令で複数のブロック情報を生成できるが、固定サイクル機能は、決まった動作を繰り返すなど限られた局面でのみ使用されるものであり、一般的でない。
（２）先読み処理においては、１ブロックの解析を行う毎に、指令の解析に加え、モーダル切換えや各種信号の判定等の処理も併せて実施される。そのため、ブロック数が多くなると、これらの指令解析以外の処理の回数も多くなり、全体の処理時間が増大する。

このような問題を解決する手法のひとつとして、１ブロックの指令で複数区間の線分を生成する手法を提供することが考えられる。例えば特許文献１には、１ブロックで複数シーケンスにわたる動作を行わせる数値制御装置が記載されている。

特開昭５７－２０１９０３号公報

しかしながら、特許文献１記載の手法では、この動作を行わせるためのサブプログラム機能が必要であること、複数の動作を記述するために特殊なキャラクタを使用する必要があること等の制約があり、煩雑であること、適用場面が限定されること等が問題となる。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、複数軸に対する連続した軸制御指令を簡便かつ効率的に実現する数値制御装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態にかかる数値制御装置は、加工プログラムに記述された軸移動指令を解析して、経路のブロック情報を生成する数値制御装置であって、前記加工プログラムの１ブロック分の読込み処理において、前記１ブロックにおいて複数区間分の前記軸移動指令が記述された前記加工プログラムを解析して、複数の座標値又は移動量を特定する指令解析部と、前記複数の座標値又は移動量に基づいて、複数区間分の前記ブロック情報を生成するブロック情報生成部と、を有し、前記軸移動指令は、１以上のアドレスがそれぞれ１回のみ記述され、前記アドレスのブロック中の出現順にそれぞれ対応する複数の指令値が所定の順序に従って記述されているものであり、前記指令解析部は、前記アドレスの出現順に前記指令値の順序が対応しているものとして対応関係を特定することを特徴とすることを特徴とする。
本発明の一実施形態にかかる数値制御装置は、前記１ブロックに記述された複数区間分の前記ブロック情報が生成された後、モーダル切り替え処理が実施されることを特徴とする。
本発明の一実施形態にかかる数値制御装置は、前記複数の指令値は、配列型変数として与えられることを特徴とする。
本発明の一実施形態にかかる数値制御装置は、前記複数の指令値は、外部ファイルにより与えられることを特徴とする。
本発明の一実施形態にかかる数値制御装置は、前記１以上のアドレス及び前記複数の指令値が、データセットとして与えられることを特徴とする。
本発明の一実施形態にかかる数値制御装置は、前記１以上のアドレスは、座標値又は移動量の指令以外の各種指令に関するものであることを特徴とする。
本発明の一実施形態にかかる数値制御装置は、前記アドレスは、前記アドレスに対応する前記指令値に変更がない場合に省略が可能であることを特徴とする。
本発明の一実施形態にかかる数値制御装置は、前記アドレスに対応する前記指令値は、前記指令値に変更がない場合に省略が可能であることを特徴とする。

本発明により、複数軸に対する連続した軸制御指令を簡便かつ効率的に実現する数値制御装置を提供することができる。

従来の加工プログラムの一例を示す図である。従来の先読み処理の一例を示す図である。数値制御装置１のハードウェア構成例を示す図である。従来の軸移動指令の一例を示す図である。本実施の形態における軸移動指令の一例を示す図である。本実施の形態における軸移動指令の一例を示す図である。本実施の形態における軸移動指令の一例を示す図である。本実施の形態における軸移動指令の一例を示す図である。本実施の形態における軸移動指令の一例を示す図である。本実施の形態における軸移動指令の一例を示す図である。本実施の形態における軸移動指令の一例を示す図である。従来の数値制御装置の動作例を示す図である。数値制御装置１の動作例を示す図である。数値制御装置１の動作例を示す図である。数値制御装置１の機能構成例を示す図である。

図３は、実施の形態にかかる数値制御装置１の要部を示す概略的なハードウェア構成図である。数値制御装置１は、穴あけ加工を行う産業用機械の制御を行う装置である。数値制御装置１は、ＣＰＵ１１、ＲＯＭ１２、ＲＡＭ１３、不揮発性メモリ１４、バス１０、軸制御回路１６、サーボアンプ１７、インタフェース１８を有する。数値制御装置１には、サーボモータ５０、入出力装置６０が接続される。

ＣＰＵ１１は、数値制御装置１を全体的に制御するプロセッサである。ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２に格納されたシステム・プログラムをバス１０を介して読み出し、システム・プログラムに従って数値制御装置１全体を制御する。

ＲＯＭ１２は、例えば機械の各種制御を実行するためのシステム・プログラムを予め格納している。

ＲＡＭ１３は、一時的な計算データや表示データ、入出力装置６０を介してオペレータが入力したデータやプログラム等を一時的に格納する。

不揮発性メモリ１４は、例えば図示しないバッテリでバックアップされており、数値制御装置１の電源が遮断されても記憶状態を保持する。不揮発性メモリ１４は、入出力装置６０から入力されるデータやプログラム等を格納する。不揮発性メモリ１４に記憶されたプログラムやデータは、実行時及び利用時にはＲＡＭ１３に展開されても良い。

軸制御回路１６は、機械の動作軸を制御する。軸制御回路１６は、ＣＰＵ１１が出力する軸の移動指令量を受けて、動作軸の移動指令をサーボアンプ１７に出力する。

サーボアンプ１７は、軸制御回路１６が出力する軸の移動指令を受けて、サーボモータ５０を駆動する。

サーボモータ５０は、サーボアンプ１７により駆動されて機械の動作軸を動かす。本実施の形態では、主軸移動はサーボモータ５０により行われる。サーボモータ５０は、典型的には位置・速度検出器を内蔵する。位置・速度検出器は位置・速度フィードバック信号を出力し、この信号が軸制御回路１６にフィードバックされることで、位置・速度のフィードバック制御が行われる。

なお、図３では軸制御回路１６、サーボアンプ１７、サーボモータ５０は１つずつしか示されていないが、実際には制御対象となる機械に備えられた軸の数だけ用意される。

入出力装置６０は、ディスプレイやハードウェアキー等を備えたデータ入出力装置であり、典型的にはＭＤＩ又は操作盤である。入出力装置６０は、インタフェース１８を介してＣＰＵ１１から受けた情報をディスプレイに表示する。入出力装置６０は、ハードウェアキー等から入力された指令やデータ等をインタフェース１８を介してＣＰＵ１１に渡す。

図１５は、数値制御装置１の特徴的な機能構成を示すブロック図である。数値制御装置１は、本願発明、指令解析部１０１及びブロック情報生成部１０３を有する。

指令解析部１０１は、１ブロックの指令で複数区間の線分を定義可能な軸移動指令を含む加工プログラムを読み込んで解析し、移動先となる全座標点を特定する。ブロック情報生成部１０３は、指令解析部１０１が特定した座標点に基づいて複数区間の線分のブロック情報を生成する。

図４乃至図６を用いて、指令解析部１０１が解析可能な、本実施の形態特有の軸移動指令の仕様について説明する。図４は、従来の軸移動指令の一例を示す図である。軸移動指令は、アルファベット（Ｇ，Ｘ，Ｙ，Ｚ等）で示されるアドレスと、数字で示される指令値との組み合わせで構成される。Ｇ９１，Ｇ００等の指令はＧコードと呼ばれ、数値制御装置１に加工を行うための準備機能を実行させるものである。Ｆ４０００．等の指令は移動指令であり、数値は送り速度を示す。Ｘ１．５，Ｙ２．，Ｚ－９５等の指令は、それぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の座標値又は移動量を指定している。従来の軸移動指令の記法によれば、１ブロック（加工プログラムの１行）で表現できる線分は、原則として１つのみである。

一方、本実施の形態の軸移動指令では、１ブロックの指令で、従来の複数ブロック分の指令に相当する内容を記述できる。この軸移動指令は次のような特徴を有する。
（１）１ブロックの指令内で、各アドレスに対応する複数の指令値（座標値又は移動量等）を指定する。

（２）アドレスと指令値との対応関係は、予め定められたルールに則って記述される。ルールは特に限定されないが、典型的には次のようなものがある。
（ａ）予め定められた複数種の区切り文字により、アドレスと複数の指令値との対応関係を定義する。例えば図５の例では、“［”，“］”（かっこ）により区間毎の指令値の集合を定義し、“，”（カンマ）により各アドレスの指令値の区切りを示している。すなわち、［ｘ１，ｙ１，ｚ１］は１区間目の線分を定義する指令値群であり、ｘ１はＸ軸の指令値、ｙ１はＹ軸の指令値、ｚ３はＺ軸の指令値である。同様に、［ｘ２，ｙ２，ｚ２］は２区間目の、［ｘ３，ｙ３，ｚ３］は３区間目の線分を定義する指令値群である。

図６は、図５に示したフォーマットに従って記述された軸移動指令であって、記述されている内容は図４に示した従来の記法による軸移動指令と等価である。図４において第２行から第３行にかけて記述されていた軸移動指令は、図６では第２行に集約されている。同様に、図４において第４行から第６行にかけて記述されていた軸移動指令は、図６では第３行に集約されている。本実施の形態では、このように従来の複数ブロック分の指令を１ブロックの指令に集約することが可能である。

（ｂ）予め定められた区切り文字と数値の配列順とにより、アドレスと複数の指令値との対応関係を定義する。例えば、１区間目の線分を定義する指令値群ｘ１，ｙ１，ｚ１（ｘ１はＸ軸の指令値、ｙ１はＹ軸の指令値、ｚ１はＺ軸の指令値）、２区間目の線分を定義する指令値群ｘ２，ｙ２，ｚ２（ｘ２はＸ軸の指令値、ｙ２はＹ軸の指令値、ｚ２はＺ軸の指令値）、・・・ｎ区間目の線分を定義する指令値群ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ（ｘｎはＸ軸の指令値、ｙｎはＹ軸の指令値、ｚｎはＺ軸の指令値）を、
Ｘ，Ｙ，Ｚ＝ｘ１，ｙ１，ｚ１，ｘ２，ｙ２，ｚ２，・・・，ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ
のように区間ごとにまとめて記述することもできるし、
Ｘ，Ｙ，Ｚ＝ｘ１，ｘ２，・・・，ｘｎ，ｙ１，ｙ２，・・・，ｙｎ，ｚ１，ｚ２，・・・，ｚｎ
のようにアドレスごとにまとめて記述することもできる。

（ｃ）上記（ａ）又は（ｂ）で示したような記述に、配列型変数を導入することもできる。図８（第２行及び第４行）は、以下の軸移動指令を、配列型変数を導入して書き換えた例である。書き換え前の指令は、図５に示したフォーマットに従って記述されたものである。図８では、書き換え前の指令の右辺部を予め配列型変数に格納しておき（第２行）、当該変数を参照する形で指令を記述している（第４行）。
書き換え前：
Ｎ２２Ｇ０１Ｘ，Ｙ，Ｚ＝［１，２，３］，［２，３，４］，［３，４，５］，・・・，［１０，１１，１２］；

（ｄ）上記（ａ）又は（ｂ）で示したような記述に、外部ファイル参照を導入することもできる。
図９（第３行）は、以下の軸移動指令を、外部ファイル参照を導入して書き換えた例である。書き換え前の指令は、図５に示したフォーマットに従って記述されたものである。図９では、書き換え前の指令の右辺部に相当する内容を予め外部ファイルに記述しておき（ＰＡＴＨ１．ｃｓｖ）、当該ファイルの内容を参照する形で指令を記述している（第３行）。
書き換え前：
Ｎ２２Ｇ０１Ｘ，Ｙ，Ｚ＝［０，０，０］，［１，１，１］，［２，２，２］，・・・；

同様に、図１０（第３行）は、以下の軸移動指令を、外部ファイル参照を導入して書き換えた例である。書き換え前の指令は、図５に示したフォーマットに従って記述されたものである。図１０では、書き換え前の指令の右辺部に相当する内容を予め外部ファイルに記述しておき（ＣＡＭ＿ＤＡＴＡ．ＮＣ）、当該ファイルの内容を参照する形で指令を記述している（第３行）。
書き換え前：
Ｎ２２Ｇ０１Ｘ，Ｙ，Ｚ＝［Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０］，［Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１］，［Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２］，［Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３］，・・・；

外部ファイルのファイル形式やフォーマットは、書き換え前の指令内容との対応関係が保たれていればいかなるものであっても構わない。但し、その対応関係を指令解析部１０１が認識し、書き換え前の指令内容を復元できる必要がある。

（ｅ）データセットを参照して指令を記述することもできる。図１１（第２行）は、以下の軸移動指令を、データセットを参照する形式に書き換えた例である。図１１では、書き換え前の指令のＮ２１に続く部分の内容を予めデータセット（典型的には構造体）に格納しておき（ＣＹＣＬＥ１）、当該データセットの内容を参照する形で指令を記述している（第２行）。
書き換え前：
Ｎ２１Ｇ００Ｘ０．Ｙ１０．Ｚ５０．；
Ｇ０１Ｙ２０．Ｚ５５．Ｆ１００．；
Ｘ１０．；
Ｇ００Ｘ１５．Ｙ２０．；

データセットのフォーマットは、書き換え前の指令内容との対応関係が保たれていればいかなるものであっても構わない。但し、その対応関係を指令解析部１０１が認識し、書き換え前の指令内容を復元できる必要がある。なお、データセットを用いる場合でも、アドレスはデータセット内に１回のみ記述すれば足りる。

（３）Ｇコード等の指令も（２）で示したように集約して記述できる。例えば図７は、従来の記法であれば以下のように記述されていた指令を、図４のフォーマットに従って１行に集約して記述した例である。
従来：
Ｇ００Ｘ１００，Ｙ１００，Ｚ０
Ｇ０１Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１
Ｇ０１Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２

（４）指令値に変更のないアドレスについては、指令の記述を省略しても良い。例えば図６の例では、Ｚ軸が移動しない場合（第１行）には、Ｘ，Ｙ軸に関する指令のみを記述し、Ｚ軸については指令を記述していない。同様に、Ｘ軸が移動しない場合（第３行）、このブロックではＹ，Ｚ軸に関する指令のみを記述し、Ｘ軸については指令を記述していない。

（５）軸アドレスを定義しつつ、指令値（数値）を省略しても良い。例えば、以下の例のように記載できる。
例：
Ｇ０１Ｘ，Ｙ＝［０，０］，［１，］，［，２］，・・・
これは、従来の記法であれば以下のように記述されていた指令を１行に集約して記述したものである。
従来：
Ｇ０１Ｘ０Ｙ０；
Ｇ０１Ｘ１；
Ｇ０１Ｙ２；

図１２及び図１３のフローチャートを用いて、数値制御装置１の特徴的な動作について説明する。図１２は、従来の数値制御装置の動作を示す図である。数値制御装置は、加工プログラムの１ブロックを読み込み（Ｓ１）、解析する（Ｓ２）。そして、そのブロックに記述された１線分のブロック情報を生成する（Ｓ３）。なお、数値制御装置は、Ｓ１乃至Ｓ３の処理に加え、モーダル切換えや各種信号の判定等の付随的な処理も、１ブロックごとに実施する（Ｓ４）。数値制御装置は、加工プログラムの全てのブロックについてＳ１乃至Ｓ４の処理を繰り返す。

図１３は、本実施の形態にかかる数値制御装置１の動作を示す図である。数値制御装置１の指令解析部１０１は、加工プログラムの１ブロックを読み込み（Ｓ１０１）、解析する（Ｓ１０２）。ここで加工プログラムが、上述のフォーマットに従って記述された、１ブロックの指令で複数区間の線分を定義するものである場合（図１４（ａ）参照）、指令解析部１０１は当該ブロックを解析し、そこに記述された複数の座標値又は移動量を抽出する（図１４（ｂ）参照）。

ブロック情報生成部１０３は、指令解析部１０１が特定した座標点又は移動量のうち、未処理かつ最も若い順序の座標点又は移動量を使用して、１線分のブロック情報を生成する（Ｓ１０３）。その後、未処理の座標点又は移動量が残っていれば、Ｓ１０３に戻ってさらに１線分のブロック情報を生成する。未処理の座標点又は移動量が残っていなければ、モーダル切換えや各種信号の判定等の付随的な処理を実行し（Ｓ１０５）、このブロックの処理を終了する。数値制御装置１は、加工プログラムの全てのブロックについてＳ１０１乃至Ｓ１０５の処理を繰り返す。

本実施の形態によれば、指令解析部１０１が、１ブロックの指令で複数区間の線分を定義可能な軸移動指令を含む加工プログラムを読み込んで解析し、移動先となる全座標点を特定する。ブロック情報生成部１０３は、指令解析部１０１が特定した座標点に基づいて複数区間の線分のブロック情報を生成する。これにより、複数の線分からなる加工パスを少ないブロック数で指令できる。

また、加工プログラムの１ブロックの先読みで、複数のブロック情報を生成することができるため、モーダル切換えや各種信号の判定等の付随的な処理にかかるオーバヘッドを抑制でき、従来の先読み処理よりも効率が向上する。

また、従来、固定サイクルでは決まった動作しか出来なかったが、本実施の形態ではデータセットを用いることで、経路を図１１に示すマトリクスのような形で自由に設定できる。これにより、指令点がオペレータにとって分かりやすくなる。

また、本実施の形態では配列型変数や外部ファイルを参照する形式で軸移動指令を行うことで、直接座標値を指定することなく軸移動することができる。これにより、座標値を再利用できるため汎用性が高まる。

また、本実施の形態では１ブロックの指令で複数区間の線分のブロック情報を作成するために、特殊なサブプログラム機能や、特殊なキャラクタを使用する必要がないため、低いコストで本発明にかかる技術を導入することが可能である。

なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲において適宜変更することが可能である。例えば、上述の実施の形態では、ブロック情報生成部１０３が線分のブロック情報を生成する例を主に説明したが、これに限定することなく、例えば円弧など何らかの経路のブロック情報を、同様の手法により生成することが可能である。

また、上述の実施の形態では、複数区間の指令にかかるＧコードを１行に集約する例を示したが、これに限定することなく、例えばＦコード等の加工指令、Ｍコード等の補助機能等、任意の指令も同様に集約することが可能である。

また、上述の実施の形態で示したアドレスと複数の指令値との対応関係の記述法はあくまで一例であり、複数区間の経路にかかる指令を１ブロックで記述するものであって、アドレスは１回のみ記述され、１以上のアドレスにそれぞれ対応する複数の指令値が定義されているものであれば、任意のフォーマットでこれを記述することができる。

１数値制御装置
１０バス
１１ＣＰＵ
１２ＲＯＭ
１３ＲＡＭ
１４不揮発性メモリ
１８インタフェース
６０入出力装置
１０１指令解析部
１０３ブロック情報生成部

Claims

加工プログラムに記述された軸移動指令を解析して、経路のブロック情報を生成する数値制御装置であって、
前記加工プログラムの１ブロック分の読込み処理において、
前記１ブロックにおいて複数区間分の前記軸移動指令が記述された前記加工プログラムを解析して、複数の座標値又は移動量を特定する指令解析部と、
前記複数の座標値又は移動量に基づいて、複数区間分の前記ブロック情報を生成するブロック情報生成部と、を有し、
前記軸移動指令は、１以上のアドレスがそれぞれ１回のみ記述され、前記アドレスのブロック中の出現順にそれぞれ対応する複数の指令値が所定の順序に従って記述されているものであり、
前記指令解析部は、前記アドレスの出現順に前記指令値の順序が対応しているものとして対応関係を特定することを特徴とする
数値制御装置。
前記１ブロックに記述された複数区間分の前記ブロック情報が生成された後、モーダル切り替え処理が実施されることを特徴とする
請求項１記載の数値制御装置。
前記複数の指令値は、配列型変数として与えられることを特徴とする
請求項１記載の数値制御装置。
前記複数の指令値は、外部ファイルにより与えられることを特徴とする
請求項１記載の数値制御装置。
前記１以上のアドレス及び前記複数の指令値が、データセットとして与えられることを特徴とする
請求項１記載の数値制御装置。
前記１以上のアドレスは、座標値又は移動量の指令以外の各種指令に関するものであることを特徴とする
請求項１記載の数値制御装置。
前記アドレスは、前記アドレスに対応する前記指令値に変更がない場合に省略が可能であることを特徴とする
請求項１記載の数値制御装置。
前記アドレスに対応する前記指令値は、前記指令値に変更がない場合に省略が可能であることを特徴とする
請求項１記載の数値制御装置。