JPWO2009130759A1 - 数値制御方法及びその装置 - Google Patents
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Abstract
Description
実際の機械が衝突する前に停止させるためには、衝突有無のチェックを実際の機械動作に先だって実施する必要があり、そのために、衝突を検知した位置までの減速に要する時間分だけ機械への指令出力を遅延させるように構成されている。(例えば特許文献2参照)
各補機やセンサ等も含めた機器の状態量は、PLCのデバイスに対する信号に割り付けられており、例えば動作が完了するとあるデバイスの信号がONになり、それによってNC装置が次の処理に進むというように機器とはデバイス(以後、「機器デバイス」と呼ぶ)を通じてハンドシェイクを取っている。
特に三次元形状データを元に衝突有無をチェックするNC制御装置の場合、補機の状態を待つ都度停止してしまうと、NC軸制御の処理に比べて衝突チェック処理に要する時間が大きいため、加工プログラム全体を通した待ち時間がかなり大きくなってしまう。
従って、衝突チェック処理が形状データを用いたワークの切削シミュレーションを行なう機能を備えたNC装置の場合には、ワークの形状が実際にはまだ加工していない命令で既に削られた形状に変ってしまっているので、機械が停止した後作業者が手動でNC軸を対比させたり加工プログラムを修正して再度自動運転させたりするときなどに実際の素材と形が合わずに、衝突検知を正確に行なえなくなってしまう。
2 先行チェック処理系列
3、12 プログラム解析部
4、13 送り速度制御部
5、14 指令生成部
6、16 プログラマブルロジックコントロール部
7 サーボコントローラとモータ
8、17 制御データ
9 機器デバイス入出力信号
10、18 形状データ
11 切削モニタ部
15 機器デバイス信号シミュレーション部
19 衝突チェック部
20 加工プログラム、工具データ、パラメータ
21 制御状態同期部
22 指令出力判定部
23 速度比率算出部
以下、この発明の実施例1を、図1〜図6を用いて説明する。なお、この実施例1は、先行チェック処理系列が機械制御処理系列と同速で動作する場合の実施例である。
図1はこの発明の実施例1に係るNC装置の構成を示すブロック図であり、1は実際の機械を制御する機械制御処理系列、2は衝突可能性を実際の機械の動作に先立ってチェックする先行チェック処理系列、3は機械制御処理系列1の中にあって加工プログラムを解析する加工部プログラム解析部、4は機械制御処理系列1の中にあって工具の送り速度を制御する送り速度制御部、5は機械制御処理系列1の中にあって各軸の指令値を生成する指令生成部、6は機械制御処理系列1の中にあって機器デバイスの信号入出力を制御し、全信号のうちNC制御に必要な信号を制御データに格納するプログラマブルロジックコントロール部(以後、「PLC」と呼ぶ)、7は機械制御処理系列1に接続されたNCサーボコントローラとモータ、8は機械制御処理系列1にあって実際の機械を制御する際の例えば補間タイプや平面選択や工具系補正等の制御モード、座標系、現在の各軸の座標値(以降現在値と呼ぶ)、選択されている工具、機器デバイスの信号等からなる制御データ(制御データはNC装置内の各処理部から参照されるため、敢えてどの処理部とも結線を図示しない)、9は機械制御処理系列1に接続された機器デバイスの入出力信号、10は機械制御処理系列1の中にあって実際の機械の動作を形状シミュレーションで表示するための機械、工具、治具、素材等の形状データ、11は形状データ10を使って実際の機械の動作および素材が切削される様子をシミュレーションして表示する切削モニタ部である。
プログラム解析部3(12)は加工プログラム20内に記述されている命令を解析し、NC軸制御に関わる命令である場合、例えば送り速度の設定、指令生成時の補間モードの設定、座標系の設定などを行い、PLC6(16)が処理すべき命令である場合にはPLC6(16)に命令を送出する。
送り速度制御部4(13)は、加工プログラム解析部3(12)が読み取った送り速度に対し、補間周期時間当りの送り速度を算出する。
指令生成部5(14)は、プログラム解析部3(12)が設定した各種のデータと送り速度制御部4(13)が算出した補間周期時間あたりの送り速度で指令軌跡上を補間し、補間周期時間当りに移動する位置を算出する。
PLC6(16)は、加工プログラム20に指令されている命令のうち、NC装置は直接制御しない機器デバイスに対して動作信号を出し、そのデバイスに接続された機器からの動作完了通知などを受け取って制御を行ない、NC装置内の制御データとして信号を保持させる。
これらの処理部は、機械制御処理系列1でも先行チェック処理系列2でも同じ処理を行なう。
さらに、形状間が実際に衝突した場合はもちろん、予め設定された距離以下に形状が互いに接近した時も衝突とみなしてもよい。
また、衝突チェック部19が送信するチェック結果には、衝突したか否かを示すデータを少なくとも含み、その他に、衝突した部位を識別する部品番号や部品名等のデータ、衝突したブロックを識別するためのブロック番号等のデータ、衝突した指令を識別するために指令生成部が指令生成時に割り振った指令番号等のデータ、衝突とみなした形状間の距離などを含んでもよい。
なお表示装置はNC装置においては極一般的な装置であるため、説明図には図示しない。
一方、衝突チェック部19が現在チェックした指令に関して指令出力判定部22へ衝突なしと通知して来た場合には、機械制御処理系列1の指令出力判定部22は、その衝突チェックが完了した指令をサーボモータ7に出力して実際の機械の軸動作を行なう。
以降の指令も同様に上記の処理を繰り返し行なって、加工を進めて行く。
また、機械制御処理系列1は、予め設定された時間、あるいはブロック数、あるいは距離分だけ常に先行チェック処理系列2が先行していることを確認してから機械を動作させる。先行チェック処理系列2が予め設定された先行量分先に進んでいない場合には、送り速度を次第にさげ、設定された先行量分先行したら本来の送り速度に戻るように加速する。
この発明のNC装置を搭載したNC機械を運転する作業者は、これから加工するための加工プログラムを図示しないキーボードやマウス等の入力装置を用いて選択し、運転起動ボタン等の起動装置によって加工プログラムの運転をNC装置に実行させると、上記説明した各処理部は順番に動作することを繰り返しながら加工が進捗して行く。
ところで、運転している途中で先行チェック処理系列2の衝突チェック部が衝突を検知して機械が停止した場合、あるいは作業者が自身の操作によって加工プログラムの途中で運転解除した場合、図2に示すとおり、先行チェック処理系列2が現在処理している加工プログラムの箇所(図2の先行チェック処理系列2のブロック番号N(i+7))と、機械制御処理系列1が処理している加工プログラムの箇所(図2の機械制御処理系列1のブロック番号N(i+3))が異なっている。
そこで、制御状態同期部21は、図4に示すように、加工プログラムの自動運転解除時に先行チェック処理系列2の状態を機械制御処理系列1の状態に合わせる処理を実行する。ここでいう状態とは、形状データと制御データである。
制御状態同期部21は、加工プログラムの自動運転が途中で中止されたかどうかを常に監視し、加工プログラムの途中で中止された場合には、機械制御処理系列1内の少なくとも素材形状データを先行チェック処理系列2の素材形状データ18として転送して置き換え、同じく機械制御処理系列1内の制御データ8を先行チェック処理系列2内の制御データ17に転送して置き換える。
また、NC装置には加工プログラムの自動運転中に工具計測センサで工具を計測して磨耗補正を行なったり、旋削主軸が2つある機械の場合には旋削主軸間で素材を受け渡したりする機能を備えているものがあり、これらの機能は、図5(A)に示すように、加工プログラムで記述した指令位置に達するまでに工具計測センサや押付け用センサ等の機器からの信号が入力されたときに、その位置で軸送りを停止するという命令(スキップ命令)を使用している。
スキップ命令では、実際のセンサ等の機器からの信号が入力されるタイミングによって軸がどこまで移動するかが変るため、図5(B)に示すように、この命令が先行チェック処理系列2の加工プログラム解析部12で解析されたときには衝突チェック部19で全ての形状に対して衝突チェックを実施せずに命令を実行し、この命令を実行し終えた箇所(途中で機器からの信号が無かったものとして動作しきった位置)で先行チェック処理系列2を一時停止しておくようにする。
そして、機械制御処理系列1がこの命令を処理した直後に、図6に示すように制御状態同期部21が先行チェック処理系列2の状態を機械制御処理系列1の状態に合わせ、その後先行チェック処理系列2を再開し、機械制御処理系列1は予め設定された分だけ先行チェック処理系列2を待って処理を行なうようにする。
さらに、加工プログラムの運転開始時あるいは終了時に、先行チェック処理系列2の状態を機械制御処理系列1の状態に合わせるようにしたので、常に先行チェック処理系列2の状態と機械制御処理系列1の状態が同一であるので、正確な衝突チェックができる。
なお、実施例1において、極めて正確な衝突チェックを行うため、先行チェック処理系列2のデータとして、現在値、選択工具,制御モード,座標系,プログラマブルロジックコントロール用のデバイスに保持している信号,及び素材形状データを、機械制御処理系列1のデータ(現在値、選択工具,制御モード,座標系,プログラマブルロジックコントロール用のデバイスに保持している信号,及び素材形状データ)と同一のものとすることについて説明したが、先行チェック処理系列2のデータとして、現在値のみを、機械制御処理系列1の現在値と一致させるようにしても、所期の目的は達成できる。
(先行チェック処理系列2にオーバライドをかけて機械制御処理系列1より速く動作する場合。請求項1、2、4、5に対応)
図7は、この発明の実施例2に係るNC装置を示すもので、実施例1に比して、先行チェック処理系列2には、補間周期あたりの補間長さが加工プログラムの運転起動の前に予め設定された衝突とみなす距離となるようにしたときの送り速度を求め、加工プログラムに記述されている送り速度に対する比率を算出する送り速度比率算出部23が追加されている。
また、機器デバイス信号シミュレーション部15の動作も実施例1と異なる。
以下では、実施例1とは異なる処理について説明する。
先行チェック処理系列2の送り速度制御部13は、送り速度比率算出部23が上記の通り算出した先行チェック用の送り速度比率を、加工プログラムに記述されている送り速度に乗じて先行チェック用の送り速度を決定する。
この方法は特開2004−326257号公報で示されているように、衝突チェックにとって過剰な補間点を、衝突とみなす距離を越えないように間引くため、形状シミュレーションによる衝突チェックを漏れなくかつ高速に行なうことができる方法である。
従って同じ先行チェック処理系列2内の機器デバイス信号シミュレーション部15においては、シミュレーションする機器デバイスの応答時間も先行チェック用の送り速度比率に応じて短縮しなければならない。
さもないと機械制御処理系列1でのNC軸や機器デバイスの動作タイミングと先行チェック処理系列2でのそれらの動作タイミングが一致しなくなるからである。
先行チェック処理系列2において先行チェック用送り速度が増大されても、加工プログラムが指示している位置に関する指令や補間タイプ(直線補間指定、円弧補間指定など)は当然変更が無いから、先行チェック処理系列2の工具の形状データと機械制御処理系列1の実際の工具が移動する距離はほぼ同じである。
移動時間は移動距離を送り速度で除して求められるから、送り速度に先行チェック用の比率が乗じられたならば、移動時間は送り速度比率で除した値となる。
このように送り速度比率に応じて機器デバイスの応答時間を調整することで、先行チェック処理系列2においても機械制御処理系列1でのNC軸と補機の相対位置関係を保つようにする。
例えば、加工プログラム中にNC軸で制御されない、PLCから他の制御装置への指令で動作する芯押し台を素材端面付近まで前進させる指令があったとする。
補機の芯押し台の移動制御は、 PLCからは例えば位置Aまで動けという命令を芯押し台の制御装置に発行するのみであり、実際の移動制御に関しては芯押し台の制御装置が位置Aまでの刻々の位置を算出して芯押し台を移動させる、という2段階の処理になる。移動し終えるとPLCに芯押し台移動完了の信号が入り、さらにPLCがNC装置内の制御データにその状態を通知する。
そこで先行チェック処理系列2の機器デバイス信号シミュレーション部15では、先行チェック処理系列2のPLCから命令を受信すると、その命令に対応する補機の機器デバイス信号シミュレーションが動作して、補機の動きと応答信号をシミュレーションするようにする。そのために、動作中/動作完了/停止中などの状態を示す応答信号だけでなく、予め設定された補機軸の速度等を基に刻々の位置を算出して送信し、PLCは応答信号と共に補機の位置を制御データに格納し、衝突チェック部は受信した位置を機械形状のうち補機に対応する形状に与え、NC制御軸によって制御される形状と共に移動させ、衝突チェックを行なうようにする。
Claims (16)
- 実際の機械制御のための機械制御処理系列とは別に先行チェック処理系列を設け、この先行チェック処理系列にて実際の機械制御に先立って衝突可能性チェックを行うとともに、機械が停止してから運転を再開するまでの間に、前記先行チェック処理系列の状態を、前記機械制御処理系列の状態に合わせることを特徴とする数値制御方法。
- 前記状態は、現在値であることを特徴とする請求項1に記載の数値制御方法。
- 前記状態は、現在値、選択工具,制御モード,座標系,プログラマブルロジックコントロール用のデバイスに保持している信号,及び素材形状データであることを特徴とする請求項1に記載の数値制御方法。
- 前記先行チェック処理系列は、特定の命令を実行中には衝突可能性チェックの実施を中止することを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の数値制御方法。
- 前記特定の命令は、スキップ命令であることを特徴とする請求項4に記載の数値制御方法。
- 前記先行チェック処理系列は、衝突チェックのために機器デバイス信号シミュレーションを実行する際、予め設定されたデバイス毎の応答時間を取得し、この取得したデバイス毎の応答時間分だけ応答を遅らせることを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載の数値制御方法。
- 前記先行チェック処理系列は、衝突と見なす距離と補間周期に基づいて先行チェック用送り速度を算出するとともに、先行チェック用送り速度と加工プログラムに記述されている送り速度の比率を算出し、且つ前記算出した比率に基づいて先行チェック用の送り速度を決定することを特徴とする請求項1〜6の何れかに記載の数値制御方法。
- 前記先行チェック処理系列は、衝突チェックのために機器デバイス信号シミュレーションを実行する際、予め設定されたデバイス毎の応答時間を取得し、且つこの取得したデバイス毎の応答時間を、前記送り速度の比率に基づいて調整することを特徴とする請求項7に記載の数値制御方法。
- 加工プログラム解析部、送り速度制御部、指令生成部、プログラマブルロジックコントロール部、及び先行チェック処理系列からのチェック結果を受信し、衝突が検知された場合、衝突検知位置に到達する以前に機械を停止させる指令出力判定部を有し、実際の機械制御を行う機械制御処理系列と、
加工プログラム解析部、送り速度制御部、指令生成部、プログラマブルロジックコントロール部、形状データを使って衝突可能性チェックを行い、チェック結果を前記機械制御処理系列の指令出力判定部に渡す衝突チェック処理部、及びNC制御軸以外の機器に割り付けられたデバイスの応答信号をシミュレーションする機器デバイス信号シミュレーション部を有し、前記機械制御処理系列による実際の機械制御に先立って衝突可能性チェックを行う先行チェック処理系列と、
実際の機械で加工していく様子を、形状データを用いてシミュレーションし、それを画面上に逐次表示するモニタ表示部と、
機械が停止してから運転を再開するまでの間に、前記先行チェック処理系列の状態を、前記機械制御処理系列の状態に合わせる制御状態同期部と、
を備えてなる数値制御装置。 - 前記状態は、現在値であることを特徴とする請求項9に記載の数値制御装置。
- 前記状態は、現在値、選択工具,制御モード,座標系,プログラマブルロジックコントロール用のデバイスに保持している信号,及び素材形状データであることを特徴とする請求項9に記載の数値制御装置。
- 前記先行チェック処理系列は、特定の命令を実行中には衝突可能性チェックの実施を中止することを特徴とする請求項9〜11の何れかに記載の数値制御装置。
- 前記特定の命令は、スキップ命令であることを特徴とする請求項12に記載の数値制御装置。
- 前記先行チェック処理系列の機器デバイス信号シミュレーション部は、衝突チェックのために機器デバイス信号シミュレーションを実行する際、予め設定されたデバイス毎の応答時間を取得し、この取得したデバイス毎の応答時間分だけ応答を遅らせるものであることを特徴とする請求項9〜13の何れかに記載の数値制御装置。
- 前記先行チェック処理系列は、衝突と見なす距離と補間周期に基づいて先行チェック用送り速度を算出するとともに、先行チェック用送り速度と加工プログラムに記述されている送り速度の比率を算出する速度比率算出部を備え、前記送り速度制御部は、前記算出した比率に基づいて先行チェック用の送り速度を決定するものであることを特徴とする請求項9〜14の何れかに記載の数値制御装置。
- 前記先行チェック処理系列の機器デバイス信号シミュレーション部は、衝突チェックのために機器デバイス信号シミュレーションを実行する際、予め設定されたデバイス毎の応答時間を取得し、且つこの取得したデバイス毎の応答時間を、前記送り速度の比率に基づいて調整するものであることを特徴とする請求項15に記載の数値制御装置。
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