CN100524120C - 数值控制器 - Google Patents

Abstract

揭示了一种能够预见机器操作中干涉发生并安全地放置干涉的数值控制器。提前位置计算部基于干涉检查设备的干涉检查的结束时间点、干涉检查所需时间和通信所需时间和减速和停止可移动部分所需时间及预定浮动之和，确定用于下次干涉检查的提前时间。进一步地，基于预读取的程序数据计算提前时间处可移动部分的提前位置并输出到干涉检查设备。干涉检查设备在提前位置执行干涉检查。如果检测到干涉，干涉检查设备向运动命令输出部传送轴停止信号，从而停止运动命令并减速和停止可移动部分。由于根据干涉检查所需时间确定干涉检查时间，能够没有延迟或提前地安全地防止干涉的发生。

Description

数值控制器

技术领域

本发明涉及一种数值控制器，具有预先存储机器的例如刀具、工件等可移动部分和静止部分的各个轮廓和基于存储的轮廓模型执行干扰检查的功能。

背景技术

在由数值控制器控制的机床等中，机器的可移动部分(控制轴)由数值控制器基于预先生成的NC程序驱动地控制，加工要加工的工件等。如果NC程序错误或者如果工件错误地安装在机器上，机器可移动部分可能和一些其它的物体发生干涉。例如，在机器操作过程中安装工件时刀具可能与工件或夹具等反向。

现有技术中有一种装置，当其预见这种干涉时就生成告警。

根据已知发明(见JP2895316B)，例如，预先设置工件、刀具和机床，包括其干涉检查点的各个形状，从程序中读取运动命令并使用它们检查工件以发现工件是否和刀具或机器发生干涉。

另一已知发明(见JP2005-92654A)包括干涉监控准备设备和干涉监控设备。安装在这些设备上的轮廓干涉确定装置基于要加工的产品的各个轮廓和使用的刀具将产品轮廓的范围划份为种类，并检查每个种类的干涉的刀具轮廓和机器。

为了在机器操作中刀具的可移动部分(控制轴)等和例如工件的一些其它物体发生干涉之前停止机器的动作，必须在可移动部分移动到干涉发生位置之前确定是否导致了干涉。必须在干涉发生之前进行该判断。

在将基于移动阻止命令的运动量从NC程序输出到马达以驱动可移动部分之前，在分析移动阻止命令和生成执行数据时根据基于移动命令的可移动部分的位置确定是否发生了干涉。如果判断会发生干涉，就下发告警并且不将运动命令输出到伺服电动机以驱动可移动部分而建立联锁状态。通过以此方式停止机器的操作能够避免干涉的发生。

干涉检查需要时间。由于检查可移动部分和一些其它物体的干涉，检查需要大量的计算。因此在有的情况下，干涉检查的专用装置可以安装到数值控制器上。在这些情况下，数值控制器主体和干涉检查设备之间的通信需要时间。如果在干涉检查设备执行干涉检查并将检查结果传送给数值控制器主体之后数值控制器预见干涉的发生就停止机器的操作。以此方式，必须基于至少干涉检查所需的时间和数值控制器主体与干涉检查设备之间通信的时间之和预测可移动部分的移动位置。例如，如果干涉检查所需的时间和通信时间的和是T，则确定当前时间后经过T时间的可移动部分的位置以查看是否会发生干涉。为了在干涉的情况下停止操作，只需要基于当前时间后T时间之后的预读取命令位置执行干涉检查。然而，由于停止操作需要减速时间，应当在对应于减速时间的提前时间的运动命令位置进行干涉检查。

需要以尽可能短的时间间隔执行干涉检查。如果干涉检查的时间间隔太长，可能在对应于干涉检查的时间的位置上取消了已经发生过一次的干涉。因此，应该最小化干涉检查时间段。然而，如果在到达用于干涉检查的位置之前所需的时间比干涉检查处理所需的时间短，可能发生到干涉检查处理判断会发生干涉之时已经产生干涉的情况。因此，比起干涉检查所需时间，在到达用于干涉检查的位置之前的时间应当既不太短又不太长。

特别地，在使用数值控制器控制属于不同系统或机器的可移动部分在一个工作空间工作的机制中，两或多个可移动部分之间的干涉检查时间段应当越短越好。

然而，由于可移动部分是可移动的，可移动部分和其它物体之间的干涉状态变化，从而干涉检查处理时间发生波动。如上所述，特别地，在属于不同系统或机器的可移动部分在一个工作空间工作的机制的情况下，干涉检查所需时间波动非常大。例如，当一个系统的可移动部分停止时干涉检查所需时间和当两个系统的可移动部分都移动时所需时间变化很大。如果基于干涉检查所需的最长时间固定干涉检查的执行时间段，不可避免地会发生上述如果有干涉发生将检测不出的问题。

发明内容

本发明提供了一种数值控制器，能够在机器操作中预见干涉的发生并安全地防止干涉。

本发明的数值控制器根据程序中的命令驱动控制机器的可移动部分，具有干涉检查设备重复地执行干涉检查处理以确定可移动部分和其它物体之间的干涉，从而当干涉检查设备提前确定干涉时将可移动部分的运动减速至停止。数值控制器包括：预读取装置，用于预读取要转换为执行数据的程序；提前时间确定装置，用于基于干涉检查设备上次干涉检查处理所用的时间和上次干涉检查处理的终止时间确定下次干涉检查处理的提前时间；提前位置计算装置，用于使用在干涉检查处理终止时间可移动部分的命令位置和预读取装置获取的执行数据计算在提前时间时预测的可移动部分的提前位置；和输出装置，用于将提前位置计算装置计算的提前位置输出到干涉检查设备，从而执行下次干涉检查处理以确定在提前位置时可移动部分和其它物体之间的干涉。

提前时间确定装置可以通过将上次干涉检查处理花费的时间段加到干涉检查设备所需时间段与将可移动部分减速至停止所需时间段以及一额外时间之间的乘积上，从上次干涉检查处理的终止时间确定提前时间段。

提前位置计算装置可以使用命令的速度和程序覆盖的命令速度计算提前位置。

机器可以具有根据各个程序控制的多个系统。在这种情况下，预读取装置预读取要被转换为执行数据的各个程序，提前位置计算装置计算提前时间确定装置确定的提前时间处预测的多个系统的可移动部分的提前位置，和输出装置将计算的可移动部分的提前位置输出到干涉检查设备。

由于根据干涉检查所需的时间确定干涉检查的干涉检查时间和可移动部分位置，在没有延迟或提前的情况下能够安全地防止干涉的发生。

附图说明

图1是根据本发明一实施例的数值控制器的功能框图；

图2是描述根据实施例的数值控制器执行的处理的算法的流程图；

图3是描述根据实施例的计算在干涉检查的提前时间处预测的提前位置和将计算的位置输出到干涉检查设备的处理的算法的流程图；

图4是图3的流程图的延续；

图5是描述根据实施例的要输出至干涉检查设备的提前位置的输出时间的示意图。

具体实施方式

图1是根据本发明一实施例的数值控制器的功能框图。

数值控制器10被分为预处理和执行两个部分。在预处理中，用于预处理的预处理部12对于每个块从加工程序11中读取命令，将命令转换为执行格式数据，生成预读取块命令数据13并将其载入到寄存器等中。

在用于执行处理的内插和运动命令分发处理部14中，读出每个块的预读取块命令数据13，基于块中命令的每个轴的运动量、速度、以及进给速度覆盖(override)命令部22的覆盖值(％)，通过确定每个分发时间段的每个轴可移动部分(每个轴的伺服电动机)的分发运动量并将分发运动量加到当前位置寄存器15中更新当前坐标位置(下面称为当前位置)。进一步地，通过运动命令输出部16将输出传送到加速/减速处理部17。当从干涉检查设备20输入轴停止命令时，下面将会描述，运动命令输出部16停止将运动命令分发处理部14输出的运动命令的分发运动量传输到加速/减速处理部17。除非从干涉检查设备20输入轴停止命令，就将运动命令输出到加速/减速处理部17。

一接收到运动命令，加速/减速处理部17执行加速/减速处理并将用于加速/减速处理的运动量的运动命令输出到用于控制伺服电动机21的伺服控制部18。伺服控制部18基于该运动命令和连接至伺服电动机21(或该伺服电动机驱动的可移动部分)的位置/速度检测器的位置及速度反馈执行位置和速度反馈控制，并基于从检测驱动电流的电流检测器的电流反馈执行电流反馈控制。伺服控制部18通过放大器驱动控制伺服电动机21。尽管图1只描述了一个伺服电动机21，对机床的各个轴(可移动部分)的伺服电动机执行相似的控制，并对可移动部分进行位置和速度控制。

上述数值控制器10的配置是现有的。本实施例的数值控制器10和现有数值控制器的不同在于它进一步具有用于计算提前时间时的提前位置的提前位置计算部19，并具有干涉检查设备20。

提前位置计算部19基于预读取块命令数据13和进给速度覆盖命令部22的覆盖值(％)计算机器可移动部分，例如刀具和一些其它物体之间的干涉可被避免的提前时间(未来)时的提前位置。应当设置提前时间，从而通过检测干涉和向运动命令输出部16输出轴停止信号以停止用于加速/减速处理部17的运动命令能够避免干涉。

进一步地，干涉检查设备20由例如个人计算机的信息处理装置组成。可以通过通信线连接。干涉检查设备20用于存储刀具、工件、机器等的各个轮廓并基于从提前位置计算部19传送的可移动部分的位置检查在刀具和任何其它物体之间是否会发生干涉。由于干涉检查设备20的干涉检查方法和处理是现有的，此处不再描述。然而，本实施例的干涉检查设备20和现有技术的不同在于干涉检查所需时间被反馈到提前位置计算部19，当判断会发生干涉时将轴停止信号输出到运动命令输出部16。

通过将提前额外时间(margin)α加到干涉检查设备20的干涉检查处理所需的时间T1、提前位置计算部19和干涉检查设备20之间通信所需的时间T2、以及减速和停止运动中的可移动部分所需的时间T3之和(T1+T2+T3)上，从而获取确定提前位置计算部19的提前位置的提前时间段。提前位置计算部19和干涉检查设备20之间通信所需的时间T2是系统配置完成后几乎不波动的恒定可测量值。减速和停止所需的时间T3是根据加速/减速处理部17的配置的常量。另一方面，干涉检查设备20的干涉检查处理所需的时间T1根据可移动部分的位置而变化。特别地，如上所述，在属于不同系统或机器的轴被控制并使得在同一工作空间工作的情况下，存在多个可移动部分，从而干涉检查所需时间T1根据可移动部分的各个操作位置变化。

因此，在本实施例中，用于干涉检查设备20最后执行的干涉检查的时间被反馈到提前位置计算部19，将该时间认为是干涉检查所需的时间T1。进行了最后干涉检查的可移动部分的位置和要进行下一干涉检查的干涉检查位置彼此接近，下次干涉检查所需时间可以估测为和上次时间相等。因此，将最后干涉检查所用的时间设置为下次干涉检查所需时间T1。干涉检查所需时间T1可以是用于最后几次干涉检查(最后几次检查，包括最后一次检查，倒数第二次检查，倒数第三次检查...)的时间的平均值，能够通过干涉检查设备20或提前位置计算部19获得。

图2是描述根据实施例的数值控制器执行的处理的算法流程图。

在图2所示示例中，数值控制器用于控制两个系统。

当开始操作时，读出各个系统的加工程序1和2，为每个加工程序执行步骤100和后续步骤的处理。首先，执行预处理(步骤100)以生成执行数据，并将数据存储为预读取块命令数据(步骤101)。

基于预读取块命令数据，进行执行处理以向各个轴分发运动命令。首先，为一个引导块读取预读取块命令数据(步骤102)。如果读取命令不是程序结束命令(步骤103)，执行步骤104的运动命令分发处理。尽管也执行除了运动命令之外的其它命令，但是这种执行和本发明并不直接相关。因此，在图2中，没有描述处理那些其它命令，只描述了处理运动命令。

在步骤104的运动命令分发处理中，基于读取块中命令的位置(运动量)和进给速度覆盖命令部22命令的覆盖值，在每个分发时间段确定每个轴的分发运动量。将以此方式获取的分发运动量加到当前位置寄存器，随之更新当前位置(步骤105)。

然后，基于预读取块命令数据(图1所示的提前位置计算部19的处理)在用于干涉检查的提前时间段之后执行计算并向干涉检查设备20输出位置(命令位置)。该处理和每个轴的运动命令分发处理没有直接联系。然而，由于对于每个运动命令分发时间段都计算并向干涉检查设备20输出了提前时间段后的位置，因此结合对运动命令分发的处理一起描述该处理。下面将会详细描述步骤106的该处理。

然后，确定轴停止命令是否是从干涉检查设备20输入的(步骤107)。如果没有输入命令，则输出步骤104获取的分发运动量，并且执行加速/减速处理(步骤108和109)。然后，将经过了加速/减速处理的运动量输出到伺服控制部18(步骤110)。然后确定是否完成了读取块的运动命令分发。如果没有完成分发，过程返回步骤104。对每个分发周期重复执行步骤104至111的处理。另一方面，如果判断完成了运动命令分发，过程从步骤111返回到步骤102，对每个分发周期执行前述步骤102和后续步骤的处理。

如果在步骤107判断轴停止信号是从干涉检查设备20输入，就中断运动命令的输出，并且输出告警或建立联锁状态(步骤112)。然后执行加速/减速处理(步骤109)并将其结果输出到伺服控制部18。由于加速/减速处理中的运动命令输入是“0”，因此执行减速停止操作使得运动命令是“0”，该操作基于加速/减速处理部中剩余的运动量。

图3和4是描述计算在干涉检查设备20的干涉检查的提前时间之后的位置(提前位置)和将计算的位置输出到干涉检查设备的处理的算法的流程图。此外，图5是描述要输出至干涉检查设备的提前位置的输出时间的示意图。下面参考图5描述输出提前位置的处理。

在图5中，“执行块B”的B1，B2，B3...指定要执行的块的顺序，“块执行时间Bt”的Bt1，Bt2，Bt3代表基于块B1，B2，B3...的运动命令的移动执行次数，“剩余时间Rt的设置”Ts0，Ts1，Ts2...代表干涉检查的提前时间段。“提前位置Fp”的Fp0，Fp1，Fp2...代表提前位置Fp的输出，“接收检查处理时间T1”的T11，T12，T13...指定用于干涉检查设备20最后执行的干涉检查处理和由干涉检查设备接收的时间。

当输入加工程序执行开始命令时，数值控制器10初始在寄存器中设置当前位置，以存储用于干涉检查的提前位置Fp，在寄存器中设置“0”用于存储提前时间段Ft，并在寄存器中设置作为剩余时间Rt的初始值。如下将会描述，要在寄存器中设置作为剩余时间Rt的时间是干涉检查设备20的干涉检查处理所需时间T1、提前位置计算部19和干涉检查设备20之间通信所需时间T2、减速停止所需时间T3和预定浮动α的和(T1+T2+T3+α)。值(T2+T3+α)是能够根据系统配置确定的不可改变的或固定的值。如果该值是T0，将剩余时间Rt设置为Ts＝T1+T0。然而，由于初始不知道干涉检查处理所需时间T1，将基于用于允许的检查处理时间的内部值T1’的值Ts0(＝T1’+T0)设置为初始值。

随后，读出预读取块命令数据(步骤S1)，将块中命令的运动量载入寄存器以作为计算提前位置的剩余运动量RD(步骤S2)。

然后，基于用于相关块的运动命令所命令的速度S和进给速度覆盖命令部命令的覆盖值确定速度S(步骤S3)。确定是否输入了联锁信号或进给保持信号(步骤S4)。如果没有输入信号，用于提前位置计算的要存储在寄存器中的剩余运动量RD除以速度S从而确定块执行时间Bt(步骤S5)。

比较块执行时间Bt和要存储到寄存器中的剩余时间Rt(在Ts0初始设置)(步骤S6)。如果剩余时间Rt较短，将执行时间Mt设置为剩余时间Rt(步骤S7)。另一方面，如果块执行时间Bt不比剩余时间Rt长，将执行时间Mt设置为块执行时间Bt(步骤S8)。

然后，用执行时间Mt乘以速度S得到运动量D(步骤S12)，通过将运动量D从存储剩余运动量RD的寄存器中减去从而更新剩余运动量RD(步骤S13)。进一步地，通过将运动量D加入用于存储提前位置Fp的寄存器中更新提前位置Fp(在当前位置初始设置)(步骤S14)。进一步地，通过将执行时间Mt从用于存储剩余时间Rt的寄存器中减去更新剩余时间RT(在Ts0初始设置)(步骤S15)。

确定更新的剩余时间是否比“0”大(步骤S16)。如果在步骤S7设置了Mt＝Rt，步骤S15从处理中的剩余时间Rt是“0”，从而过程从步骤S16进行到步骤S17。如果在步骤S8判断块执行时间Bt比剩余时间Rt短并且设置了Mt＝Bt，步骤S16的判断是Rt>0。在这种情况下，过程从步骤S16返回步骤S1。

在图5所示例中，用于第一块B1的块执行时间Bt1比剩余时间Rt的初始值Ts0小，从而在步骤S8确认Mt＝Bt。由于当将执行时间Mt从剩余时间Rt(＝Ts0)减去的时候在步骤S15获取正值，过程从步骤S16前进到步骤S1。随后，读出用于下一个块B2的命令，在步骤S5的处理中确定用于下一块的执行时间Bt(Bt2)。在图5所示的例子中，剩余时间Rt比块执行时间Bt(＝Bt2)短，从而在步骤S7设置为执行时间Mt。由于在步骤S12至S16执行的处理之后剩余时间Rt是“0”，过程从步骤S16进行到步骤S17，随后输出步骤S14获取的提前位置Fp(＝Fp0)。

由于提前时间段Ts(＝T1+T0)被设置为剩余时间Rt，当从剩余时间Rt减去基于每个块命令的运动所需时间得到的剩余时间Rt是0时的提前位置Fp代表在提前时间的可移动部分的位置，步骤S5至S16的处理组成提前位置计算方法(means)。

然后，处理器等待干涉检查设备20发送的干涉检查处理时间T1(步骤S18)。用于干涉检查处理时间T1的返回的信号也代表干涉检查结束信号。如果在时间T11返回检查处理时间T1，在图5所示例中，返回检查处理时间T1和固定值T0的和Ts1(＝T1+T0)作为剩余时间Rt载入寄存器(步骤S19)。该剩余时间Rt代表提前时间段，步骤S19的处理对应于提前时间计算方法(means)。

进一步地，将要存储在当前位置寄存器15中的当前位置载入到用于存储提前位置Fp的寄存器中(步骤S20)，读取存储在内插和运动命令分发处理部14中的块的未输出剩余运动量(步骤S21)，确定未输出剩余运动量是否为“0”(步骤S22)。如果该量为“0”，处理过程进行到步骤S1。如果在第一块B1的运动处理终止之前返回检查处理时间T1(＝T11)，如图5所示例，未输出剩余运动量不是“0”，从而将其设置在用于存储剩余运动量RD的寄存器中(步骤S23)。通过用剩余运动量RD除以速度S获取剩余运动量RD所需的预测时间作为块(B1)的执行时间Bt，随后过程进行到步骤S6。随后，如上所述，获取提前位置Fp或当剩余时间Rt是“0”(指示当前时间后步骤S19中设置的剩余时间的经过(T1+T0))时的位置，随后将提前位置Fp输出到干涉检查设备20(步骤S17)。因此，使干涉检查设备20执行干涉检查。

在图5所示例中，在时间T11接收检查处理时间T1，将(T1+T0＝Ts1)设置为剩余时间Rt，过程进行到步骤S20从而在步骤S17获取并输出提前位置Fp或当剩余时间Rt是“0”(指示步骤S19中设置的经过的时间)时的位置。然后期待检查处理时间从干涉检查设备20返回。

此后，重复执行上述处理。更特别地，当从干涉检查设备20返回检查处理时间T1时，基于检查处理时间T1向干涉检查设备20输出提前位置Fp或指示用于下次干涉检查的时间(T1+T0)的经过的期待位置，期待从干涉检查设备20返回干涉处理时间T1。结果是，根据干涉检查设备20的干涉检查处理所需的时间确定用于干涉检查的计划时间(未来时间)。获取此时的提前位置(期待位置)并传送给干涉检查设备，随后干涉检查设备执行干涉检查以发现提前位置(期待位置)是否和任何物体发生干涉。因此，用于干涉检查的时间段(时间)不能比干涉检查设备的干涉检查处理时间短或长许多，从而根据干涉检查处理时间能够进行最佳干涉检查。

如上所述，即使将在比干涉检查设备20的干涉检查处理所需时间短的时间段内得到的位置传送到干涉检查设备以进行干涉检查，当干涉检查处理判断会发生干涉之前已经导致干涉。因此，上次干涉检查失去其重要性。此外，如果将在比干涉检查设备20的干涉检查处理所需时间长很多的时间段内得到的位置传送到干涉检查设备以进行干涉检查，取消在已经发生干涉后取得的位置可能进行的干涉检查。相应地，干涉检查的可靠性降低了。然而，根据本实施例，如上所述，除了干涉检查所需时间的变化外，干涉检查处理的时间从不发生较大改变。因此，通过检查在相关干涉检查的时间在期待位置是否会发生任何干涉能够更加有效和安全地执行干涉检查。

如果输入了联锁信号或进给保持信号(步骤S4)，停止机器的操作。然而，在被控制机器具有多个系统或当多个机器在同一工作空间操作的情况下，一些其它系统或机器可能移动并经历干涉。因此，如果输入了联锁或进给保持信号，进行步骤S9至S11的处理。更特别地，确定检查处理时间T1是否从干涉检查设备20返回(步骤S9)。当返回干涉处理时间T1时，向干涉检查设备20输出当前位置作为用于干涉检查的提前位置Fp(步骤S10)，然后将固定值T0和接收的干涉检查处理时间T1的和设置为剩余时间Rt(步骤S11)，然后过程返回步骤S4。其后，如果输入了联锁或进给保持信号，重复执行该处理。

尽管结合实施例描述了主要用于控制机床的数值控制器，本发明也应用于除了机床之外的机器人或其它工业机器。

Claims (3)

1.一种数值控制器，根据程序中的命令驱动控制机器的可移动部分，具有干涉检查设备重复地执行干涉检查处理以确定可移动部分和其它物体之间的干涉，从而当干涉检查设备预先确定发生干涉时将可移动部分的运动减速至停止，所述数值控制器包括：

预读取装置，用于预读取要转换为执行数据的程序；

提前时间确定装置，通过将上次干涉检查处理的终止时间提前的提前时间段(Ts)确定下次干涉检查处理的提前时间，其中所述提前时间确定装置通过将干涉检查设备执行的上次干涉检查处理花费的时间段(T1)加到与所述干涉检查设备通信所需时间段(T2)、可移动部分减速至停止所需的时间段(T3)以及一额外时间(α)之和(T2+T3+α)上，来获得所述提前时间段(Ts)；

提前位置计算装置，用于使用干涉检查处理终止时的可移动部分的程序命令位置和预读取装置获取的执行数据，计算在提前时间确定装置确定的提前时间时预测的可移动部分的提前位置；和

输出装置，用于将提前位置计算装置计算的提前位置输出到干涉检查设备，从而执行下次干涉检查处理以确定在提前位置处可移动部分和其它物体之间的干涉。

2.根据权利要求1所述的数值控制器，还包括进给速度覆盖命令部(22)，所述提前位置计算装置基于预读取装置预读取的命令数据和进给速度覆盖命令部所命令的覆盖值计算提前位置。

3.根据权利要求1所述的数值控制器，其中机器具有多个根据各个程序控制的系统，所述预读取装置预读取要被转换为执行数据的各个程序，所述提前位置计算装置计算所述提前时间确定装置确定的提前时间时预测的多个系统的可移动部分的提前位置，所述输出装置将计算的可移动部分的提前位置输出到干涉检查设备。

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