CN101713981A

CN101713981A - 数值控制装置中的防碰撞装置

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Publication number: CN101713981A
Application number: CN200910178871A
Authority: CN
Inventors: 山口隆宏
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2008-10-06
Filing date: 2009-10-09
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2029-10-09
Also published as: ITRM20090508A1; DE102009048252B4; JP2010092161A; JP5139230B2; IT1396054B1; US20100087948A1; CN101713981B; DE102009048252A1; US8126585B2

Abstract

一种防碰撞装置，具有：加减速模拟单元(30)，其以与加减速单元(18x)以及(18z)同样的方法，对来自函数生成单元(16)的移动指令进行加减速处理，求得加减速处理后的移动路径；干涉检查单元(34)，沿着由加减速模拟单元(30)输出的移动路径，进行移动体和干涉物之间的干涉检查，并判断有无干涉；延迟单元(32)，依次储存来自函数生成单元(16)的移动指令，并依次输出规定时间前的移动指令；移动指令阻断单元(36)，当干涉检查单元(34)判断为不会发生干涉的情况下，向加减速处理单元(18x)以及(18z)输出来自延迟单元(32)的移动指令，当判断为会发生干涉的情况下，阻断移动指令向加减速单元(18x)以及(18z)的输出。

Description

数值控制装置中的防碰撞装置

技术领域

本发明涉及一种数值控制装置中的防碰撞装置。

背景技术

在图6中图示了现有技术中的数值控制装置中的防碰撞装置的构成。虽然机床自身未被图示，但以具有Z轴和X轴两轴的机床作为示例，其通过对轴进行驱动而使工件与刀具相对移动，从而进行加工。

程序解释单元12逐个程序段地读入用于控制数值控制装置的零件程序10，并解释被指令的路径、进给速度等，然后由函数生成单元16生成可执行形式的执行数据。所生成的执行数据暂时被存储在缓冲存储器14中。该缓冲存储器14是用于通过预先实施需花费时间的解释处理等并存储执行数据，从而减少与一个程序段的函数生成所需时间之间的差而实现无停滞的执行的缓冲器。

函数生成单元16依次读出存储在缓冲存储器14中的执行数据，并在执行数据中的指令路径上，以指定的进给速度每隔一定时间(函数生成周期)进行插补，直到到达由执行数据所表示的目标位置为止。

插补点在被变换为每个函数生成周期的移动指令(command)之后被分为每个轴的指令，并通过X轴驱动单元17x和Z轴驱动单元17z所具备的加减速单元18x以及18z，以在机械工作时不带来不必要的冲击的时间常数进行加减速处理，然后再被发送到伺服机构20x和20z。伺服机构20x和20z按照被给予的指令，通过检测器(电机以及检测器22x、22z)对用于驱动机械的电机进行反馈控制。

那么，当机床按照零件程序10工作时，图6中的防碰撞是通过不执行被判断为发生碰撞的程序段的函数生成而实现的。

干涉检查单元26在虚拟空间内建立模型数据24，然后使移动体沿着执行数据的指令路径移动并判断有无干涉。模型数据24是指，将机床的可动部单位和可变单位，即，将机床主体或进给轴、刀具、工件等这些部件的形状分别作为数值而保存的数据群。有无干涉的判断在每一个程序段中被执行，并且有无干涉的数据作为执行数据的一部分而被存储在缓冲存储器14中。

执行管理单元28在执行程序段中没有干涉的情况下，通常利用函数生成单元执行插补，在有干涉的情况下则不进行插补，并发出检测出干涉的警告。

引用文献：

【专利文献1】日本特开2006-59187号公报

发明内容

图6所示的这种现有技术的数值控制装置中的防碰撞装置，具有即使被判断为不会发生干涉而实际上会发生干涉的问题。这是因为干涉检查单元26检查的轨迹是由零件程序10所指令的路径(参照图7a)，而实际的机械的移动(即通过被驱动的轴而动作的刀具等的移动路径)与指令路径有不同的部分。

虽然图6所示的在函数生成之后在轴驱动单元中进行每个轴的加减速的数值控制装置是一般的类型，但是实际的移动路径如图7b所示，并不一致。该例是移动指令连续并且移动方向变化的情况下的例子，并且由于分别对每个轴进行加减速，因此在指令位置附近，实际的刀具轨迹会偏离于指令的路径。由于这种差异，会导致产生即使在指令路径上被判断为不会发生干涉而实际上发生了干涉的情况。

本发明提供一种防碰撞装置，其考虑到实际的移动轨迹相对于指令轨迹偏离的情况，能够正确地防止碰撞。

本发明提供一种数值控制装置中的防碰撞装置，具有：函数生成单元，其生成移动指令；加减速处理单元，其为了缓和机床工作时的冲击，按照每个轴对来自所述函数生成单元的移动指令进行加减速处理；以及根据指令路径而预先进行干涉检查，在判断为会发生干涉的情况下，通过不使所述函数生成单元生成移动指令而防止碰撞的单元；加减速模拟单元，其以与所述加减速处理单元同样的方法，对来自所述函数生成单元的移动指令进行加减速处理，并求得加减速处理后的移动路径；干涉检查单元，其沿着由所述加减速模拟单元输出的移动路径，进行移动体和干涉物之间的干涉检查，并判断有无干涉；延迟单元，其依次储存来自所述函数生成单元的移动指令，并依次输出规定时间前的移动指令；移动指令阻断单元，当由所述干涉检查单元判断为不会发生干涉的情况下，向所述加减速处理单元输出来自所述延迟单元的移动指令，而当判断为会发生干涉的情况下，阻断移动指令向所述加减速处理单元的输出；所述防碰撞装置不仅对所述指令路径进行干涉检查，而且对从所述加减速模拟单元输出的移动路径也进行干涉检查。

本发明提供一种数值控制装置中的防碰撞装置，具有：函数生成单元，其根据数值控制程序生成移动指令；加减速处理单元，其为了缓和机床工作时的冲击，按照每个轴对来自所述函数生成单元的移动指令进行加减速处理；根据指令路径而预先进行干涉检查，当判断为会发生干涉的情况下，通过不使所述函数生成单元生成移动指令而防止碰撞的单元；局部模拟单元，其按照所述数值控制程序，在由该数值控制程序所指令的目标位置附近，模拟所述函数生成单元以及所述加减速单元；检查对象选择单元，其根据由所述局部模拟单元获得的轨迹以及预先指定的线性化容许量，来选择进行干涉检查的路径；所述防碰撞装置在所述被选择的路径上进行移动体和干涉物之间的干涉检查。

本发明还提供一种数值控制装置中的防碰撞装置，具有：函数生成单元，其根据数值控制程序生成移动指令；加减速处理单元，其为了缓和机床工作时的冲击，按照每个轴对来自所述函数生成单元的移动指令进行加减速处理；根据指令路径而预先进行干涉检查，当判断为会发生干涉的情况下，通过不使所述函数生成单元生成移动指令而防止碰撞的单元；模拟单元，其按照所述数值控制程序，模拟所述函数生成单元以及所述加减速单元；指令路径变更单元，其变更执行数据的路径，以消除所述指令路径与由所述模拟单元求得的路径之间的差；所述防碰撞装置根据由所述指令路径变更单元变更后的指令路径而执行所述函数的生成，从而在靠近已进行干涉检查的所述指令路径的移动路径上工作。

本发明还提供一种数值控制装置中的防碰撞装置，具有：函数生成单元，其生成移动指令；加减速处理单元，其为了缓和机床工作时的冲击，按照每个轴对来自所述函数生成单元的移动指令进行加减速处理；根据指令路径而预先进行干涉检查，当判断为会发生干涉的情况下，通过不使所述函数生成单元生成移动指令而防止碰撞的单元；偏离抑制进给速度决定单元，其决定进给速度使偏离处于预先规定的裕度以内；偏离抑制进给单元，其控制所述函数的生成，以便按照所述偏离抑制进给速度决定单元决定的进给速度生成移动指令；所述防碰撞装置在相对于已进行干涉检查的所述指令路径的偏离处于裕度以内的移动路径上工作。

本发明还提供一种数值控制装置中的防碰撞装置，具有：函数生成单元，其根据数值控制程序生成移动指令；加减速处理单元，其为了缓和机床工作时的冲击，按照每个轴对来自所述函数生成单元的移动指令进行加减速处理；根据指令路径而预先进行干涉检查，当判断为会发生干涉的情况下，通过不使所述函数生成单元生成移动指令而防止碰撞；偏离抑制等待次数表，其用于储存依据所述指令路径的方向转向角而设定的偏离抑制等待次数；偏离抑制等待次数决定单元，当所述数值控制程序的指令被解释时，从所述偏离抑制等待次数表中选择与方向转向角相对应的等待次数；偏离抑制等待管理单元，其等待由所述偏离抑制等待次数决定单元所选择的等待次数的量后，开始进行函数的生成；所述防碰撞装置在相对于已进行干涉检查的所述指令路径的偏离处于裕度以内的移动路径上工作。

在本发明的一个实施例中，防碰撞装置还具有偏离抑制等待次数表生成单元，其通过模拟所述函数生成单元以及每个轴的所述加减速处理单元，而对偏离量进行评价，并将处于裕度以内的最大的函数生成开始等待次数记录在所述偏离抑制等待次数表中。

发明的效果

根据本发明，由于对相对于指令轨迹而偏离的移动轨迹进行干涉检查，因而能够正确地对有无干涉进行判断。如果消除了碰撞，则有望实现例如由缩短机械修理等的修复所需要的时间量而带来机械设备开工率的提高，从而改善生产率。

根据本发明，由于考虑了相对于指令路径偏离的移动路径并进行干涉检查，因此能够比现有技术更为正确地对有无干涉的进行判断。如果减少了碰撞，则有望实现例如由缩短机械修理等的修复所需要的时间量而带来机械设备开工率的提高，从而改善生产率。并且，根据权利要求2至5的构成，由于能够减轻干涉检查处理的负担，因而能够降低装置的成本。

附图说明

图1为表示第一实施方式的构成例的功能框图。

图2为表示第二实施方式的构成例的功能框图。

图3为表示第三实施方式的构成例的功能框图。

图4为表示第四实施方式的构成例的功能框图。

图5为表示第五实施方式的构成例的功能框图。

图6为表示现有的装置构成的功能框图。

图7a为表示指令路径的一个示例的图。

图7b为表示相对于图7a中例示的指令路径的现有装置的实际的移动路径的图。

图8a为用于说明第一实施方式的作用效果的图。

图8b为用于说明第一实施方式的作用效果的图。

图8c为用于说明第一实施方式的作用效果的图。

图8d为用于说明第一实施方式的作用效果的图。

图9a为用于说明第二实施方式的作用效果的图。

图9b为用于说明第二实施方式的作用效果的图。

图9c为用于说明第二实施方式的作用效果的图。

图9d为用于说明第二实施方式的作用效果的图。

图10a为用于说明第三实施方式的作用效果的图。

图10b为用于说明第三实施方式的作用效果的图。

图10c为用于说明第三实施方式的作用效果的图。

图10d为用于说明第三实施方式的作用效果的图。

图11为表示偏离抑制等待次数表生成单元的处理步骤的一个示例的流程图。

图12a为用于说明偏离抑制等待次数表生成单元的处理的图。

图12b为用于说明偏离抑制等待次数表生成单元的处理的图。

图12c为用于说明偏离抑制等待次数表生成单元的处理的图。

图12d为用于说明偏离抑制等待次数表生成单元的处理的图。

图12e为用于说明偏离抑制等待次数表生成单元的处理的图。

【符号的说明】

10：零件程序、12：程序解释单元、14：缓冲存储器、16：函数生成单元、17x：X轴驱动单元、17z：Z轴驱动单元、18x，18z：加减速单元、20x，20z：伺服机构、22x，22z：电机以及检测器、26：干涉检查单元、28：执行管理单元、30：加减速模拟单元、32：延迟单元、34：第二干涉检查单元、36：移动指令阻断单元。

具体实施方式

图1为权利要求1的发明的实施方式的构成。和图6采用相同名称的元件与现有技术相同。

在本实施方式的构成中，与现有技术同样地，也对指令轨迹进行干涉检查。在判断为会发生干涉的情况下，由于不执行该程序段的函数生成，因此机械在碰撞前就停止。而在判断为不会发生干涉的情况下，将执行该程序段的函数生成并在每个函数生成周期输出移动指令。

在现有技术中，每个函数生成周期中的来自函数生成单元16的移动指令将被发送到各轴驱动单元17x、17z，但在本实施方式中，则是被发送到加减速模拟单元30和延迟单元32。

延迟单元32暂时存储每个函数生成单元周期中的移动指令，并依次输出在时间常数的量之前的移动指令。该时间常数为，与轴驱动单元17x以及17z中的加减速单元18x以及18z中所使用的时间常数相同的值。即，来自函数生成单元16的移动指令，在由延迟单元32延迟时间常数的量之后再被输出。

加减速模拟单元30执行与轴驱动单元中的加减速单元18x以及18z同样的处理。尽管未图示，但移动指令被分配到X轴和Z轴，并以与轴驱动单元同样的方式对每个轴进行加减速。这是因为，由于相对于指令轨迹的移动轨迹的偏离是由各轴的加减速所引起，因此事先知道移动轨迹。

第二干涉检查单元34对由加减速模拟单元30求得的移动轨迹进行干涉检查。尽管作为输入的轨迹不同，但处理的内容与干涉检查单元26的相同即可，在本例中，使用模型数据(省略图示)进行有无干涉的判断。

如果通过第二干涉检查单元34判断为有干涉，则通知移动指令阻断单元36有干涉。在这种情形下，移动指令阻断单元36阻断从延迟单元32输出的移动指令。由于没有移动指令，因此轴会停止在最后的移动指令所指定的位置上。

在判断为没有干涉的情况下，第二干涉检查单元34通知移动指令阻断单元36没有干涉，在这种情形下，由于移动指令阻断单元36不阻断来自延迟单元的移动指令使其被发送至轴驱动单元，因此移动将会继续。

在图7b所示的示例中，通过图8a～d对本发明的构成所执行的动作进行说明。在本实施例中，加减速单元18x、18z以及加减速模拟单元30的时间常数被设为8周期。

在本例中，在NO10程序段(即指令路径P[-1]→P[0])中不发生干涉。如果判断为在NO10程序段中有干涉，则由于不执行NO10程序段的函数生成，因而在P[-1]停止。由于不发生干涉，对NO10程序段执行函数生成，以使P[-1]→P[0]移动，并在每个函数生成周期依次将····Q[-3]、Q[-2]、Q[-1]、Q[0]输出到延迟单元32以及加减速模拟单元30。

加减速模拟单元30在每个函数生成周期接收···Q[-2]、Q[-1]、Q[0]并依次进行加减速，并且将···R[-2]、R[-1]、R[0]输出到第二干涉检查单元34。

第二干涉检查单元34在每个函数生成周期检查···R[-3]→R[-2]、R[-2]→R[-1]、R[-1]→R[0]的路径上的干涉。在本例中，由于在该模拟路径上不发生干涉，因此移动指令阻断单元36在每个函数生成周期将来自延迟单元32的输出向轴驱动单元输出。来自延迟单元32的输出为时间常数的量(8周期)之前的指令，即，····Q[-10]→Q[-9]→Q[-8]。图8a表示NO10程序段的函数生成结束时的结果。该图中的刀具的插图图示了在Q[0]的函数生成了的周期，即在R[-1]→R[0]的路径上的进行干涉检查的状况。向轴驱动单元输出的指令位置Q[-10]、Q[-9]、Q[-8]用白圈表示。即，在图8a的时间点，在Q[0]的进行了函数生成的周期中，由第二干涉检查单元34进行干涉检查的对象为R[-1]→R[0]。此时的延迟手段32的输出为Q[-8]，由于不发生干涉，因而移动指令阻断单元36将其输出到轴驱动单元。

在本例中，由于在其次的NO11程序段(即指令路径P[0]→P[1])也不发生干涉，因而接下来开始NO11程序段的函数生成。由于在函数生成至Q[2]之前，即R[0]→R[1]→R[2]的模拟路径上均不发生干涉，因而如上所述，将Q[-8]→Q[-7]→Q[-6]输出到各轴的驱动单元。图8b图示了NO11程序段的Q[2]之前的进行了函数生成的时间点的状况。在该图的刀具的插图中图示了干涉检查的状况。由于向轴驱动单元进行了输出，因而指令位置Q[-7]、Q[-6]用白圈表示。即，在图8b的示例中，在函数生成Q[1]、Q[2]的周期中，第二干涉检查单元34的干涉检查的对象分别为R[0]→R[1]、R[1]→R[2]。与之相对应的延迟单元的输出分别为Q[-7]、Q[-6]，由于不发生干涉，因此移动指令阻断单元36将这些指令输出到轴驱动单元。

然后，通过其次的函数生成使Q[3]被输出，并获得R[2]→R[3]的模拟路径，但是在本例中，在该路径中第二干涉检查单元34将检测出干涉(图8c)。此时，移动指令阻断单元36将从第二干涉检查单元34处接收到有干涉的通知，并阻断来自延迟单元32的Q[-6]→Q[-5]的移动。即，作为发送给轴驱动单元的位置指令仍然保持为Q[-6]。由于如果一旦被阻断就会维持该状态，因而由轴驱动单元所驱动的轴的移动将收敛并停止在Q[-6]。如图8d所示，实际的刀具的位置停止在Q[-6]的位置上。即，能够防止在实际的移动路径上的碰撞。

图2为权利要求2的发明的实施方式的构成。和图6采用相同名称的元件与现有技术相同。

在本实施方式的构成中，虽然与现有技术同样地，也对指令轨迹进行干涉检查，但是与此同时，还对偏离的移动轨迹进行干涉检查。可是，偏离的移动轨迹是由后述的局部模拟单元40基于事先求得的轨迹而选择容许范围内的轨迹并使用。

其结果是，在判断为会发生干涉的情况下，由于不执行该程序段的函数生成，因而机械在碰撞前停止。而在判断为不会发生干涉的情况下，执行该程序段的函数生成并在每个函数生成周期输出移动指令。

以图7a的路径由零件程序10所指定的情形作为示例，参照图9a～d来进行说明。

局部模拟单元40具有局部函数生成模拟单元42和局部加减速模拟单元44。局部函数生成模拟单元42为，以与函数生成单元16同样的方法对指令的移动路径进行插补的单元。可是，相对于函数生成单元16对程序的指令全域进行插补，局部函数生成模拟单元42仅在目标位置P[0]的附近进行插补。所谓附近如图9a所示，是指从P[0]至P[-1]的方向上仅加减速时间常数T、且从P[0]至P[+1]的方向上也仅为加减速时间常数T的范围。由此，从Q[-T]到Q[+T]的插补点被决定。在图9a的例中，设定T＝8。

局部加减速模拟单元42为，以与加减速单元18x以及18z同样的方法对插补点进行加减速的单元。当然，在加减速中，使用与加减速单元18x、18z的加减速时间常数同样的值，且进行各轴的加减速。可是，相对于加减速单元18x、18z在程序的指令全域中对被插补的位置依次进行加减速处理，局部加减速模拟单元44仅对图9b的插补点Q进行加减速处理。通过这种方式，决定图9b所示的从R[-T’]到R[+T’]的加减速后的指令点(在本示例中，设定T’＝T/2)。

此外，将这两个模拟单元作为“局部”的原因是因为，由于“偏离”仅在移动方向发生变化的位置附近产生，而在较远的部分与指令轨迹一致，从而不需要特意进行模拟。

检查对象选择单元46从R[-T’]到R[+T’]的指令点中，选择进行干涉检查的指令点。设置可视为直线的容许量(线性化容许量48)，并通过将容许范围内的点从干涉检查的对象中排除，从而达到减少干涉检查的计算时间的目的。详细的方法将在下面叙述。被选择的指令点按照移动方向的顺序作为直线路径而被发送到干涉检查单元26。

干涉检查单元26基于所输入的路径和位置，以与图6的现有技术同样的方法来进行干涉检查。

以上虽然是对目标位置P[0]的说明，但也对零件程序的全部目标位置P依次实施。

那么，作为检查对象选择单元46的指令点选择方法，首先，如果P[0]与R[0]之间的距离在线性化容许量48以内，(由于可认为偏离非常少)则仅将程序的指令点P[0]作为检查对象。(结果与现有技术相同。)

在P[0]与R[0]之间的距离超出线性化容许量48的情况下，则从R点群中选择检查对象。可是，作为处理范围的两端的R[-T’]和R[+T’]由于作为之后的处理的起点和终点从而成为检查对象。并且，随后，根据二分法的想法，将R[-T’]和R[+T’]作为初始值而进行处理。首先，检查作为上述关注的两点的中央点的R[0]与线段R[-T’]·R[+T’](连接上述关注的两点的线段)之间的距离。如果该距离在线性化容许量48以内，则R[0]不作为检查对象并结束处理。

在该距离超出线性化容许量的情况下，将R[0]作为检查对象。进而，将在R[0]前面的R[-T’]和R[0]作为关注的两点进行同样的处理，并开始检查其间的R点。并且，与此同时，将R[0]后面的R[0]和R[+T’]作为关注的两点进行同样的处理(以前后二分割)。该二分法处理在所关注的两端的点之间的中央点未被作为检查对象、或者已经没有应该检查的中央点时结束。

图9c表示具体的例子。当线性化容许量48为图中所示箭头Th的长度所表示的量时，在各R点中黑色菱形◆的点被选择作为检查对象。例如，由于R[-2]与线段R[-4]·R[0]之间的距离d2小于线性化容许量Th，因而R[-2]不会被选择为检查对象。

作为上述这种检查对象选择单元46的处理结果，本构成中的干涉检查单元26检查的路径为，图9d中的粗箭头所示的P[-1]→R[-4]→R[0]→R[4]的路径，从而沿着接近于实际的刀具的移动路径进行干涉检查。

图3为权利要求3的发明的实施方式的构成。和图6采用相同名称的元件与现有技术相同。

在本实施方式的构成中，与现有技术同样地，也对指令轨迹进行干涉检查。在判断为会发生干涉的情况下，由于不执行该程序段的函数生成，因此机械在碰撞前停止。

相反地，在判断为不会发生干涉的情况下，则按照由后述的本发明的指令路径变更单元56所变更的路径而执行函数生成，并在每个函数生成周期输出移动指令。

模拟单元50由函数生成模拟单元52和加减速模拟单元54构成。函数生成模拟单元52执行与现有技术的函数生成单元16同样的处理。加减速模拟单元54执行与轴驱动单元17x、17z中的加减速单元18x、18z同样的处理。通过模拟单元50能够预先获知相对于指令轨迹偏离的移动轨迹。

指令路径变更单元56基于来自函数生成模拟单元52的指令轨迹以及由加减速模拟单元54获得的“偏离的”移动轨迹之间的差，生成消除“偏离”的指令轨迹。在干涉检查单元26判断为不会发生干涉的情况下，函数生成单元16函数生成出该新的指令轨迹。在判断为会发生干涉的情况下，与现有技术同样，由执行管理单元28停止函数生成单元16的插补处理，并发出警告。

在图7b所示的示例中，参照图10a～d对本发明的构成的动作进行说明。在本例中，加减速单元18x、18z以及加减速模拟单元54的时间常数设定为8周期。

图10a为用于说明来自模拟单元52以及54的输出的图。但是，为了说明的方便，仅抽取了在P[0]的附近的数据。当NO10程序段以及NO11程序段被解释，并且确定了能够进行函数生成的路径数据和进给速度的执行数据时，函数生成模拟单元52基于这些数据而进行函数生成，并输出点群Q[n]。加减速模拟单元54对这些Q[n]进行加减速，并输出点群R[n]。

指令路径变更单元56根据图10a的点群Q[n]、点群R[n]，对各Q点的偏离进行测定。Q点的偏离是指，从点Q到连接互相邻接的R点的路径之间的距离。在图10b中将所测定的偏离的矢量用S[n]进行了图示。在图10b中，由于Q[-5]、Q[-4]、Q[4]、Q[5]的偏离为零，因而没有偏离。此外，虽然Q[-3]、Q[-2]、Q[2]、Q[3]的偏离不为零，但由于数值较小，因此省略了图示。

随后，指令路径变更单元56通过在各点Q[n]上加上与矢量S[n]反向的矢量S’[n]，从而计算出各点T[n]。具体如图10c所示。

将该点群T的轨迹作为新的轨迹存储在缓冲存储器14中来替代程序指令的指令轨迹。函数生成单元16对该T的新的轨迹执行函数生成并输出到轴驱动单元17x、17z。通过轴驱动单元17x、17z的加减速从而形成偏离的移动轨迹(连接图10d的黑色菱形◆的点的路径)，但是该偏离同程序指令轨迹相比收敛在十分小的范围内。即，根据本实施方式，由于实际的移动轨迹接近于程序指令轨迹，因此即使干涉检查单元26根据程序指令轨迹来进行干涉检查，也能够比现有技术更准确地防止碰撞。

图4为权利要求4的发明的实施方式的构成。和图6采用相同名称的元件与现有技术相同。

相反地，在判断为不会发生干涉的情况下，执行该程序段的函数生成，并在每个函数生成周期输出移动指令。在本实施方式中，当执行函数生成时，根据来自偏离抑制进给单元62的指示而调整进给速度，以使偏离处于裕度值64以内。使偏离处于裕度值64以内的进给速度称作“偏离抑制进给速度”。

在加减速处理中产生的偏离的量，取决于进给速度、加减速时间常数、方向转向角。方向转向角是指移动的方向变化时的角度，在图7a中为以P[-1]→P[0]方向为基准的P[0]→P[1]方向的角度，在本示例中设定为60度。方向转向角由程序指令路径所决定，并且由于加减速时间常数应该与轴驱动单元17x、17z的加减速单元18x、18z为同样的值，因而不能进行变更。因此，为了将偏离的量抑制在容许值之内而需要调节速度。偏离抑制进给速度决定单元60按照指令路径(方向转向角)并根据下式计算出偏离抑制进给速度。

【数学式1】

f = \frac{8 ϵ}{τ \sqrt{2 (1 - \cos θ)}}

ε：裕度值

τ：加减速时间常数

θ：方向转向角

表示容许偏离量的裕度值(Clearance amount)是根据干涉检查单元26的功能和性能的特性(干涉检查误差等)而被预先设定的。

在函数生成中发生方向转向时，偏离抑制进给单元62向函数生成单元16指示偏离抑制进给速度。函数生成单元16在方向转向的点的前后f×τ的范围内，以所指示的速度进行函数生成。由此，使方向转向的点附近的移动路径的偏离收敛于裕度值以内。因而，即使干涉检查单元26仅对零件程序10的指令路径进行干涉检查，也不会在移动路径上发生不经意的干涉，从而能够比现有技术更准确地防止碰撞。

图5为权利要求5的发明的实施方式的构成。和图6采用相同名称的元件与现有技术相同。

相反地，在判断为不会发生干涉的情况下，在等待了由后述的本实施方式的偏离抑制等待管理单元70指示的函数生成周期的次数之后，执行该程序段的函数生成，并在每个函数生成周期输出移动指令。

偏离抑制等待次数表(table)72存储有，以方向转向角为依据并根据该角度而设定的偏离抑制等待次数。表1示出了表(table)的一个例子。等待次数是指，以函数生成周期单位计算的数值。0次的含义是表示没有等待，即现程序段的函数生成结束之后，在下一个函数生成周期开始下一个程序段的函数生成。1次的含义是表示在现程序的函数生成结束之后，在下一个函数生成周期不执行函数生成而是等待，并在接下来的再下一个周期开始进行下一个程序的函数生成。

【表1】

(依据)方向转向角θ度	(数据)等待次数
(依据)方向转向角θ度	(数据)等待次数	0	0
10	0	0	0
10	0	20	1
30	2	20	1
30	2	：	：
170	8	：	：
170	8	180	8

偏离抑制等待次数表生成单元74，模拟作为偏离发生的主要因素的各轴的加减速单元18x、18z、和作为其前段的定位的函数生成，并对偏离量进行评价，且生成偏离抑制等待次数表72。偏离抑制等待次数表生成单元74不仅模拟处理，而且使用加减速时的实际的加减速时间常数、和函数生成时的实际的进给速度等参数，从而能够对偏离量精确地评价。具体的步骤后文叙述。

上述的模拟需要庞大的计算量，但由于被构成为在初始化时实施，因此不会成为对数值控制装置的时间上的制约(在后述的解释系统、执行系统中的制约)。

偏离抑制等待次数决定单元76从偏离抑制等待次数表72中选择出与方向转向角相对应的等待次数。方向转向角为现程序段的移动方向相对于前面的程序段的移动方向的变化量，例如，如果是相同的方向则为0度，方向相反时则为180度。移动方向使用作为执行数据之一的移动矢量。如表1所示，作为依据的方向转向角为离散值，例如没有依据的15度的情况下，则选择最接近的20度处的次数。选择的次数被作为该程序段的执行数据之一而存储在缓冲存储器14中。与程序段的“解释”同样，偏离抑制等待次数决定单元76被预先执行。尽管解释系统中有使函数生成能够无停滞地执行的这种时间上的制约，但由于是查表程度的处理，因而不会带来发生影响的处理增加。

偏离抑制等待管理单元70按照执行数据中的偏离抑制等待次数，使该程序的函数生成的开始延迟。以上述的偏离抑制等待次数表72的项目所说明的方式发挥作用。偏离抑制等待管理单元70在与函数生成相同的执行系统中被实施。由于执行系统每隔一定的周期(函数生成周期)被实施，因此尽管有在该一定的周期内必须结束处理这样严格的时间限制，但由于处理为等待次数的计数程度，因而其能够充分地收敛于该限制之内。

接下来，对偏离抑制等待次数表生成单元74的具体的步骤，使用图11的流程图以及图12a～e进行说明。

由于表中以0度到180度的方向转向角作为依据，因此为了依次获得各个角度的等待次数，通过S1、S2、S11来构成该循环处理。

为了求得等待次数，首先，设定一个方向转向角为θ的路径(S3)。取得以方向变化的点P[0]作为原点的模拟坐标，并设定一个从Z轴上的负侧朝向P[0]的路径、和一个以此为基准的方向转向角为θ的路径。图12a表示方向转向角60度的例子。将P[0]放置在原点是为了使后面的计算简便。

接下来，以快速进给速度F模拟定位函数生成而获得点群Q(S4)。可是，在求取偏离量时只需获得相当于在下一个加减速模拟中使用的时间常数τ个数量的点即可，以点P[0]为中心在P[-1]方向和P[1]方向上分别求得τ/2个点。图12b表示τ＝9的例子。

在步骤S5中进行用于等待次数模拟的等待次数W的初始化。从0次开始。

在步骤S6中，进行加减速模拟。在W＝0的情形下，通过计算τ个数量的Q的平均值，从而求出R[0]。如果τ＝9，则计算从Q[-4]到Q[4]的9个点的平均值(图12c)。如果W＝1并且τ＝9，则计算从Q[-4]到Q[3]的8个点和Q[0]的1个点共计9个点的平均值。如果W＝2并且τ＝9，则计算从Q[-3]到Q[3]的7个点和Q[0]2次(等待的量)的2个点共计9个点的平均值。如果W＝3并且τ＝9，则计算从Q[-3]到Q[2]的6个点和Q[0]3次的3个点共计9个点的平均值(在图12d中图示了这种情况)。等待次数越多，R[0]越靠近P[0]，但是，在以与时间常数τ同样的次数等待时，R[0]将与P[0]一致，并且不会再有更大的变化。

尽管R[0]被求取在P[0]的附近，但矢量P[0]→R[0]的距离并不一定就会成为偏离量。因此，在步骤S7中，基于R[0]来求取偏离量d。偏离量是在角P[-1]、P[0]、P[1]的一半的方向(这3点P[-1]、P[0]、P[1]张开的角的中央(半角)的方向)上测量的，并将把矢量R[0]投射到该方向的线上时的距离作为偏离量。如图12e所示，根据方向转向角θ求取半角的单位矢量h，并计算其与矢量R[0]的内积来作为偏离量d。

在步骤S8中，对通过这种方式求得的偏离量d进行评价。如果偏离量d在裕度ε78以下，则将等待次数W记录在偏离抑制等待次数表中(S10)。如果偏离量d大于裕度ε78，则将等待次数W增加一次(S9)，并从步骤S6起执行。

此外，关于偏离抑制等待次数表72，尽管在上述的说明中是将作为依据的方向转向角以一定的间隔制作而成的，但由于其目的在于选择出等待次数，因此也可以将等待次数修改为逐次增加的形式。此外，虽然关于方向转向角用角度进行了说明，但也可以利用从0度到180度以相同的原理来确定的，例如余弦值这样的值来构成整体。

根据上述的构成，在判断为不会发生干涉的情况下，由于仅等待由偏离抑制等待管理单元70所指示的函数生成周期的次数之后再执行该程序段的函数生成，因而，在方向转向的点附近的移动路径的偏离被收敛到裕度量以内。因此，即使仅对指令路径进行干涉检查，也不会在移动路径上发生不经意的干涉，从而能够比现有技术更准确地防止碰撞。

Claims

1.一种数值控制装置中的防碰撞装置，具有：

函数生成单元，其生成移动指令；

加减速处理单元，其为了缓和机床工作时的冲击，按照每个轴对来自所述函数生成单元的移动指令进行加减速处理；

根据指令路径而预先进行干涉检查，当判断为会发生干涉的情况下，通过不使所述函数生成单元生成移动指令而防止碰撞的单元；

加减速模拟单元，其以与所述加减速处理单元同样的方法，对来自所述函数生成单元的移动指令进行加减速处理，求得加减速处理后的移动路径；

干涉检查单元，其沿着由所述加减速模拟单元输出的移动路径，进行移动体和干涉物之间的干涉检查，判断有无干涉；

延迟单元，其依次储存来自所述函数生成单元的移动指令，并依次输出规定时间前的移动指令；

移动指令阻断单元，当由所述干涉检查单元判断为不会发生干涉的情况下，向所述加减速处理单元输出来自所述延迟单元的移动指令，而当判断为会发生干涉的情况下，阻断移动指令向所述加减速处理单元的输出；

所述防碰撞装置不仅对所述指令路径实施干涉检查，而且还对从所述加减速模拟单元输出的移动路径进行干涉检查。

2.一种数值控制装置中的防碰撞装置，具有：

函数生成单元，其根据数值控制程序生成移动指令；

局部模拟单元，其按照所述数值控制程序，在由该数值控制程序所指令的目标位置附近，模拟所述函数生成单元以及所述加减速单元；

检查对象选择单元，其根据由所述局部模拟单元获得的轨迹以及预先指定的线性化容许量，来选择进行干涉检查的路径；

所述防碰撞装置在所述被选择的路径上进行移动体和干涉物之间的干涉检查。

3.一种数值控制装置中的防碰撞装置，具有：

函数生成单元，其根据数值控制程序生成移动指令；

模拟单元，其按照所述数值控制程序，模拟所述函数生成单元以及所述加减速单元；

指令路径变更单元，其变更执行数据的路径，以消除所述指令路径与由所述模拟单元求得的路径之间的差；

所述防碰撞装置根据由所述指令路径变更单元变更后的指令路径而执行所述函数的生成，从而在靠近已进行干涉检查的所述指令路径的移动路径上工作。

4.一种数值控制装置中的防碰撞装置，具有：

函数生成单元，其生成移动指令；

偏离抑制进给速度决定单元，其决定进给速度使偏离处于预先规定的裕度以内；

偏离抑制进给单元，其控制所述函数的生成，以便按照所述偏离抑制进给速度决定单元决定的进给速度生成移动指令；

所述防碰撞装置在相对于已进行干涉检查的所述指令路径的偏离处于裕度以内的移动路径上工作。

5.一种数值控制装置中的防碰撞装置，具有：

函数生成单元，其根据数值控制程序生成移动指令；

根据指令路径而预先进行干涉检查，当判断为会发生干涉的情况下，通过不使所述函数生成单元生成移动指令而防止碰撞；

偏离抑制等待次数表，其用于储存依据所述指令路径的方向转向角而设定的偏离抑制等待次数；

偏离抑制等待次数决定单元，当所述数值控制程序的指令被解释时，从所述偏离抑制等待次数表中选择与方向转向角相对应的等待次数；

偏离抑制等待管理单元，其等待由所述偏离抑制等待次数决定单元所选择的等待次数的量后，开始进行函数的生成；

6.如权利要求5所述的数值控制装置中的防碰撞装置，还具有：偏离抑制等待次数表生成单元，其模拟所述函数生成单元以及每个轴的所述加减速处理单元而对偏离量进行评价，并将处于裕度以内的最大的函数生成开始等待次数记录在所述偏离抑制等待次数表中。