CN105607576B - 数值控制装置以及控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种数值控制装置以及控制系统。该数值控制装置根据从第一外部输入装置输入的第一输入指令，控制以比成为基准的控制周期短的周期动作的第一控制轴，移动指令数据计算处理单元在计算移动指令数据的处理中计算出指令第一控制轴在成为基准的控制周期之间应该移动的轴移动量的多个移动指令数据，并写入到第一缓冲区中。

Description

数值控制装置以及控制系统
技术领域
本发明涉及一种数值控制装置，尤其涉及一种不使数值控制装置整体的控制周期变快、不产生无用的等待时间地控制高速响应控制轴的数值控制装置。
背景技术
在数值控制装置中，能够响应来自外部输入装置(信号生成装置或通信设备等)的输入指令，进行控制成为对象的控制轴的响应控制。例如，在进行冲压加工的机械中，在进行冲压工具的钻孔加工后，如果检测到冲压工具远离工件，则将检测信号输入到数值控制装置，在数值控制装置中与该输入信号响应地对工作台轴(X、Y轴)进行响应控制，使工件移动到下个冲压点。
在这样的装置中，如果能够使响应控制的控制周期变快而尽量快速地响应输入指令而进行高速响应，则能够高效地进行加工。但是，在现有的数值控制装置中，对每个控制装置固定响应控制的控制周期，在全部控制轴中成为相同的周期。因此，无法仅使与需要某高速响应的轴即高速响应控制轴对应的响应控制的控制周期变快。另外，通过使数值控制装置整体的控制周期变快，能够使响应控制的控制周期变快，但为了使数值控制装置整体的控制周期变快，必须导入能够在短的控制周期中全部完成控制处理的高速的CPU等，无法简单地进行。
另一方面，与向高速响应控制轴的插补指令的输出技术相关联地，在日本特开平01-184506号公报中公开了以下的方法，即：如图9所示，在通常(装置整体)的控制周期中，计算出n个向通常(装置整体)的1/n倍周期的控制轴的指令并一并输出。
在现有的数值控制装置中，即使针对高速响应控制轴从外部输入装置在高速的定时输入指令，到下个控制周期之前也无法读取指令，因此存在从输入指令到控制轴响应为止产生无用的等待时间的问题。
例如在日本特开平01-184506号公报所记载的数值控制装置中，对每个控制装置固定响应来自外部输入装置的输入指令对轴进行控制的响应控制的控制周期。因此，即使是有必要高速响应来自高速的外部输入装置的输入指令的轴(高速响应控制轴)，也以通常的控制周期进行响应控制。
图10是表示在日本特开平01-184506号公报所记载的数值控制装置中向1/4倍周期的高速响应控制轴输出指令时的外部输入装置、数值控制装置、伺服控制的周期动作的时序图。如图10所示，在日本特开平01-184506号公报所记载的数值控制装置中，即使与伺服控制的周期一致地以高速的定时输入指令，也以通常的周期执行输入检测处理、移动指令计算处理，因此到数值控制装置内的控制周期中的下个控制周期的开始时之前等待检测和移动指令的计算，作为结果有时无法进行高速响应而产生无用的等待时间。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种不使数值控制装置整体的控制周期变快、不产生无用的等待时间地控制高速响应控制轴的数值控制装置。
本发明的数值控制装置根据从第一外部输入装置输入的第一输入指令，控制以比成为基准的控制周期短的周期动作的第一控制轴，该数值控制装置具备：第一缓冲区，其累积用于指令上述第一控制轴的轴移动量的移动指令数据；移动指令数据计算处理单元，其在每个成为上述基准的控制周期，根据控制程序计算出上述移动指令数据，并将上述移动指令数据写入到上述第一缓冲区中；以及输入检测处理部，其以与上述第一控制轴相同的周期动作，在接收到上述第一输入指令时，从上述第一缓冲区取得移动指令数据，并转发给控制上述第一控制轴的伺服控制部，上述移动指令数据计算处理单元在计算上述移动指令数据的处理中计算出指令上述第一控制轴在成为上述基准的控制周期之间应该移动的轴移动量的多个上述移动指令数据，并写入到上述第一缓冲区中。
比成为上述基准的控制周期短的周期是成为基准的控制周期的1/n倍周期，上述多个移动指令数据是n个移动指令数据。
上述数值控制装置还根据从第二外部输入装置输入的第二输入指令，控制以成为上述基准的控制周期的m/n倍周期动作的第二控制轴，上述数值控制装置还具备：第二缓冲区，其累积用于指令上述第二控制轴的轴移动量的移动指令数据，上述移动指令数据计算处理单元计算出上述第二控制轴的控制所使用的上述移动指令数据并写入到上述第二缓冲区中，上述输入检测处理部在接收到上述第二输入指令时，每隔m次的动作周期从上述第二缓冲区取得移动指令数据，并转发给控制上述第二控制轴的伺服控制部。
本发明的控制系统具备：伺服机构，其根据从第一外部输入装置输入的第一输入指令，控制以比成为基准的控制周期短的周期动作的第一控制轴；以及数值控制装置，其向上述伺服机构输出用于指令上述第一控制轴的轴移动量的移动指令数据，上述数值控制装置具备：第一缓冲区，其累积上述移动指令数据；以及移动指令数据计算处理单元，其在每个成为上述基准的控制周期，根据控制程序计算出上述移动指令数据，并将上述移动指令数据写入到上述第一缓冲区中，上述伺服机构具备：输入检测处理部，其以与上述第一控制轴相同的周期动作，在接收到上述第一输入指令时，从上述第一缓冲区取得移动指令数据，并转发给控制上述第一控制轴的伺服控制部，上述移动指令数据计算处理单元在计算上述移动指令数据的处理中计算出指令上述第一控制轴在成为上述基准的控制周期之间应该移动的轴移动量的多个上述移动指令数据，并写入到上述第一缓冲区中。
本发明通过具备以上的结构，不使数值控制装置整体的控制周期变快，而仅使输入检测处理的动作周期变快，由此能够针对以比装置整体的控制周期短的周期被控制的高速响应控制轴，不产生无用的等待时间地进行响应控制。
本发明的技术例如进行冲压加工的控制装置中的冲床控制轴或工作台控制轴的控制等那样，适用于对具备高速动作的响应控制轴的机床进行控制的控制装置。
附图说明
根据参照附图的以下的实施例的说明，能够使本发明的上述以及其他目的和特征变得更加明确。
图1是本发明的第一实施方式的数值控制装置的主要部分框图。
图2A、图2B、图2C是说明环形缓冲区的概要的图。
图3是本发明的第一实施方式的移动指令数据计算处理的概要流程图。
图4是本发明的第一实施方式的输入检测处理的概要流程图。
图5是表示本发明的第一实施方式的外部输入装置、数值控制装置、伺服控制的周期动作的时序图。
图6是本发明的第二实施方式的数值控制装置的主要部分框图。
图7是本发明的第二实施方式的输入检测处理的概要流程图。
图8是本发明的其他实施方式的数值控制装置的主要部分框图。
图9是现有技术的控制高速响应控制轴的数值控制装置的主要部分框图。
图10是表示现有技术的外部输入装置、数值控制装置、伺服控制的周期动作的时序图。
具体实施方式
以下，与附图一起说明本发明的实施方式。此外，使用相同的符号说明与现有技术相同或类似的结构。另外，以下将装置整体的控制周期等成为基准的控制周期称为通常的控制周期。
首先说明本实施方式的基本技术概要。在本实施方式中，在数值控制装置中对每个控制轴设置大小n以上的任意大小的FIFO型的缓冲区(队列)，另外追加检测来自外部输入装置的高速输入指令的通常的1/n倍周期的输入检测单元(n为整数值)。可以用环形缓冲区等实现FIFO的缓冲区。
在本实施方式的数值控制装置中，如果判断为用于高速响应控制轴的响应控制开始的条件具备，则通过例如日本特开平01-184506号公报所记载的方法计算出控制对象的高速响应控制轴用的n个移动指令(插补)数据，并写入到缓冲区中。然后，在输入检测处理中，如果检测出来自外部输入装置的输入指令，则从缓冲区读出移动指令(插补)数据，在输入检测处理的每个周期依次向伺服控制转发移动指令数据。此外，即使没有用于高速响应控制轴的响应控制开始的条件判断，对本实施方式所起的效果也没有任何影响。
这样，在本实施方式中，与数值控制装置的控制处理分别地设置以通常的控制周期的1/n倍周期执行的输入检测处理，由此不使数值控制装置整体的控制周期高速化，而使高速响应控制轴的响应控制高速化。在这样构成的情况下，以比通常的控制周期短的周期动作只是处理负荷比较小的输入检测处理，在数值控制装置上执行的通常的控制处理的控制周期相对于以往没有变化，因此不导入高速的CPU就能够实现。
图1是本发明的第一实施方式的数值控制装置的主要部分框图。
本实施方式的数值控制装置具备以通常控制周期动作的移动指令数据计算处理部11、以1/n倍周期动作的输入检测处理部12以及设置在移动指令数据计算处理部11和输入检测处理部12之间并对移动数据计算处理部11输出的移动指令数据进行中介的缓冲区13。
移动指令数据计算处理部11根据程序等进行指令的分析、插补处理、加减速处理等，来计算出移动指令数据并输出。移动指令数据计算处理部11以通常的控制周期动作，向通常的控制周期的控制轴输出每个周期的移动指令数据，但在根据程序的执行状态或信号状态等各种条件判断为用于高速响应控制轴的响应控制开始的条件具备时，例如通过在日本特开平01-184506号公报中公开的方法计算出成为控制对象的高速响应控制轴用的n周期量的移动指令数据，并写入到缓冲区13中。
输入检测处理部12检测出从外部输入装置30的输入指令部31输入的输入指令，如果检测出输入指令，则取得写入到缓冲区13中的移动指令数据，并转发给伺服20的伺服控制部21。输入检测处理部12相对于通常的控制周期以1/n倍周期动作，能够大致不延迟地检测出从以1/n倍周期动作的外部输入装置30的输入指令部31输入的输入指令，另外，同样能够大致不延迟地向以1/n倍周期动作的伺服20的伺服控制部21转发移动指令数据。
缓冲区13是对移动指令数据计算处理部11输出的移动指令数据进行中介的缓冲区，构成为FIFO型的缓冲区。在本实施方式中，将缓冲区13安装成缓冲区大小n以上的环形缓冲区。
图2A、图2B、图2C是说明环形缓冲区的构造的图。如图2A所示，环形缓冲区是确保某一定区域的存储器，视为将确保的区域末尾和先头连接起来的环状构造的阵列。通过写入指针和读出指针来管理存储在环形缓冲区中的数据，在执行向缓冲区写入处理时，向写入指针指示的存储器位置写入数据，写入指针增加，在执行从缓冲区的读出处理时，从读出指针指示的存储器位置读出数据，读出指针增加。另外，写入指针和读出指针在该指针指示的存储器位置超过了确保为环形缓冲区的存储器区域的末尾的情况下，使该指针的值返回到开头的存储器位置。通过这样进行控制，来实现FIFO型的缓冲区。
在环形缓冲区的读出/写入控制中，如图2B所示，在写入指针表示比读出指针少1的存储器位置的情况下，或在写入指针指向确保为环形缓冲区的存储器区域的末尾的存储器位置且读出指针指向开头的存储器位置的情况下，将缓冲区的状态判断为缓冲区已满，禁止写入处理。在缓冲区已满的状态下，从缓冲区读出数据，读出指针增加，由此解除缓冲区已满状态。
另外，如图2C所示，在写入指针表示与读出指针相同的存储器位置的情况下，在环形缓冲区内没有数据，因此判断为缓冲区的状态是空，到新向环形缓冲区写入数据之前，无法进行读出处理。
图3是本实施方式的数值控制装置10所具备的移动指令数据计算处理部11执行的移动指令数据计算处理的概要流程图。在每个通常的控制周期执行本处理。
[步骤SA01]根据程序的执行状态或信号状态等各种条件，判定用于高速响应控制轴的响应控制开始的条件是否具备。在条件具备的情况下前进到步骤SA02，在不具备的情况下结束本处理。
[步骤SA02]判定缓冲区13的状态是否是缓冲区已满。在缓冲区已满的情况下，到缓冲区13成为空之前监视缓冲区13的状态，在缓冲区未满的情况下前进到步骤SA03。
[步骤SA03]根据控制用的程序等，计算出用于输出为成为控制对象的高速响应控制轴用(以1/n倍周期动作)的移动指令数据。
[步骤SA04]向缓冲区13写入在步骤SA03中计算出的移动指令数据。
[步骤SA05]在缓冲区13中使写入指针增加。
[步骤SA06]判定是否进行了n次循环、即计算出n次的移动指令数据并存储在缓冲区13中。在没有进行n次循环的情况下返回到步骤SA02，在进行了n次循环的情况下结束本处理。
图4是本实施方式的数值控制装置10所具备的输入检测处理部12执行的输入检测处理的概要流程图。在本实施方式中，在每个通常的控制周期的1/n倍周期执行本处理。
[步骤SB01]根据程序的执行状态或信号状态等各种条件判定用于高速响应控制轴的响应控制开始的条件是否具备。在条件具备的情况下前进到步骤SB02，在不具备的情况下结束本处理。
[步骤SB02]判定是否经由外部输入装置30的输入指令部31检测出了高速的输入指令的输入。在检测出的情况下前进到步骤SB03，在没有检测出的情况下结束本处理。
[步骤SB03]判定缓冲区13的状态是否是空。在缓冲区13是空的情况下结束本处理，在不是的情况下前进到步骤SB04。
[步骤SB04]从缓冲区13读出一个移动指令数据，并转发给以1/n倍周期动作的伺服20的伺服控制部21。
[步骤SB05]在缓冲区13中使读出指针增加。
图5是表示在本实施方式的数值控制装置中向1/4倍周期的高速响应控制轴输出指令时的外部输入装置、数值控制装置、伺服控制的周期动作的时序图。与在图10中说明的现有技术的情况的时序图相比可知，在本实施方式的数值控制装置10中，在与伺服控制的周期一致地以高速的定时输入了指令的情况下，数值控制装置内部的输入检测处理部12也以1/4倍周期动作，因此相对于输入大致没有延迟地检测出输入，从缓冲区13向伺服控制部21进行移动指令数据的转发，因此能够对通常的控制周期的1/4倍周期的高速响应控制轴不产生无用的等待时间地进行控制。
到此为止，作为本发明的第一实施方式说明了对以通常的控制周期的1/n倍周期动作的高速响应控制轴的控制，但通过导入本发明的技术，还能够同时对应以通常的控制周期的m/n倍周期动作的控制轴(n、m是整数值)。图6是本发明的第二实施方式的与以通常的控制周期的m/n倍周期动作的控制轴对应的数值控制装置的主要部分框图。
本实施方式的数值控制装置与第一实施方式同样地具备以通常的控制周期动作的移动指令数据计算处理部11、以通常的控制周期的1/n倍周期动作的输入检测处理部12以及缓冲区13。在本实施方式的数值控制装置中，每隔m周期向以通常的控制周期的1/n倍周期动作的输入检测处理部12进行移动指令数据的转发，由此与以m/n倍周期动作的控制轴对应。
例如，在通常的控制周期是4ms，存在1ms周期(n＝4)的控制轴和16ms周期(m＝16)的控制轴的情况下，在1ms周期(1/4倍)的输入检测处理部12中，每隔16周期进行处理，由此与16ms周期的控制轴对应。
图7是本实施方式的数值控制装置10所具备的输入检测处理部12执行的输入检测处理的概要流程图。在本实施方式中，在通常的控制周期的每1/n倍周期中执行本处理。此外，在数值控制装置10的运转控制开始时的初始化处理中，将周期计数器设定为0。
[步骤SC01]使周期计数器增加1。
[步骤SC02]例如根据将周期计数器的值除以m所得的余数的值来判定是否是第m倍数周期的处理。在将周期计数器的值除以m所得的余数是0的情况下前进到步骤SC03，不是的情况下结束本处理。
[步骤SC03]根据程序的执行状态或信号状态等各种条件，判定用于以通常的控制周期的m/n倍周期动作的控制轴的响应控制开始的条件是否具备。在条件符合的情况下前进到步骤SC04，在不具备的情况下结束本处理。
[步骤SC04]判定是否经由外部输入装置30的输入指令部31检测出了通常的控制周期的m/n倍周期的输入指令的输入。在检测出的情况下前进到步骤SC05，在没有检测出的情况下结束本处理。
[步骤SC05]判定缓冲区13的状态是否是空。在缓冲区13是空的情况下结束本处理，在不是的情况下前进到步骤SC06。
[步骤SC06]从缓冲区13读出一个移动指令数据，并转发给以通常的控制周期的m/n倍周期动作的伺服20的伺服控制部21。
[步骤SC07]在缓冲区13中使读出指针增加。
这样，在本实施方式的数值控制装置10中，利用通常的控制周期的1/n倍周期的输入检测处理，能够进行以通常的控制周期的m/n倍周期动作的控制轴的响应控制，例如在输入检测处理部12中，在每个通常的控制周期的1/n倍周期中，执行图4的流程图所示的处理和图7的流程图所示的处理，由此还能够同时进行以通常的控制周期的1/n倍周期动作的高速响应控制轴的控制和以通常的控制周期的m/n倍周期动作的控制轴的控制。
以上，说明了本发明的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式的例子，通过进行适当的变更，能够以其他形式实施。
例如，在上述实施方式中，表示了向数值控制装置追加了通常的控制周期的1/n倍周期的输入检测处理部12的例子，但也可以如图8所示，向伺服20侧追加通常的控制周期的1/n倍周期的输入检测处理部22。

Claims (4)

1.一种数值控制装置，其根据从第一外部输入装置输入的第一输入指令，控制以比通常的控制周期短的周期动作的第一控制轴，该数值控制装置的特征在于，具备：
第一缓冲区，其累积用于指令上述第一控制轴的轴移动量的移动指令数据；
移动指令数据计算处理单元，其在每个上述通常的控制周期，根据控制程序计算出上述移动指令数据，并将上述移动指令数据写入到上述第一缓冲区中；以及
输入检测处理部，其以与上述第一控制轴相同的周期动作，在接收到上述第一输入指令时，从上述第一缓冲区取得移动指令数据，并转发给控制上述第一控制轴的伺服控制部，
上述移动指令数据计算处理单元在计算上述移动指令数据的处理中计算出指令上述第一控制轴在上述通常的控制周期期间应该移动的轴移动量的多个上述移动指令数据，并写入到上述第一缓冲区中。
2.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，
比上述通常的控制周期短的周期是通常的控制周期的1/n倍周期，
上述多个移动指令数据是n个移动指令数据，
其中，n为整数。
3.根据权利要求2所述的数值控制装置，其特征在于，
上述数值控制装置还根据从第二外部输入装置输入的第二输入指令，控制以上述通常的控制周期的m/n倍周期动作的第二控制轴，其中，m为整数，还具备：第二缓冲区，其累积用于指令上述第二控制轴的轴移动量的移动指令数据，
上述移动指令数据计算处理单元计算出上述第二控制轴的控制所使用的上述移动指令数据并写入到上述第二缓冲区中，
上述输入检测处理部在接收到上述第二输入指令时，每隔m次的动作周期从上述第二缓冲区取得移动指令数据，并转发给控制上述第二控制轴的伺服控制部。
4.一种控制系统，具备：伺服机构，其根据从第一外部输入装置输入的第一输入指令，控制以比通常的控制周期短的周期动作的第一控制轴；以及数值控制装置，其向上述伺服机构输出用于指令上述第一控制轴的轴移动量的移动指令数据，该控制系统的特征在于，
上述数值控制装置具备：
第一缓冲区，其累积上述移动指令数据；以及
移动指令数据计算处理单元，其在每个上述通常的控制周期，根据控制程序计算出上述移动指令数据，并将上述移动指令数据写入到上述第一缓冲区中，
上述伺服机构具备：输入检测处理部，其以与上述第一控制轴相同的周期动作，在接收到上述第一输入指令时，从上述第一缓冲区取得移动指令数据，并转发给控制上述第一控制轴的伺服控制部，
上述移动指令数据计算处理单元在计算上述移动指令数据的处理中计算出指令上述第一控制轴在上述通常的控制周期期间应该移动的轴移动量的多个上述移动指令数据，并写入到上述第一缓冲区中。
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