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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine numerische Steuervorrichtung, die zur Motorsteuerung, Robotersteuerung und dergleichen verwendet wird, und im Besonderen eine numerische Steuervorrichtung, die eine Hochgeschwindigkeitseingabe und - ausgabe externer Signale in einer Servosteuereinrichtung realisiert.
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Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik
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Numerische Steuervorrichtungen werden zur computergestützten numerischen Steuerung (CNC) zum Steuern von Werkzeugmaschinen verwendet. Robotersteuereinrichtungen, die einen Motor in einem Roboter steuern, haben eine ähnliche Konfiguration wie die numerischen Steuervorrichtungen zur CNC. Eine numerische Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf eine numerische Steuervorrichtung zur CNC beschränkt, sondern umfasst eine Robotersteuereinrichtung.
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Zum Erzeugen der numerischen Steuervorrichtungen werden eine Hauptsteuereinrichtung zur Gesamtsteuerung, eine programmierbare logische Steuereinrichtung (PLC) mit einer Folgefunktion zum Steuern einer Ein- und Ausgabe von Signalen in und von einer Maschine, eine Servosteuereinrichtung zum Ein- und Ausgeben von Signalen in und von einem Servomotor über eine Servoschnittstelle (nachstehend manchmal mit I/F abgekürzt) und eine Recheneinrichtung (DSP) zum Durchführen einer Rechenverarbeitung eines Servosteuersignals an Daten-Ein-/Ausgabe- (I/O-) Schnittstellen, Benutzerschnittstellen, Peripheriegerätschnittstellen und dergleichen über einen parallelen Datenbus (nachstehend manchmal mit Bus abgekürzt) mit den anderen Komponenten der Vorrichtung verbunden, um zwischen den Komponenten eine Kommunikation herzustellen.
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Die numerischen Steuervorrichtungen müssen eine Konfiguration haben, die die vorgeschriebenen Spezifikationen hinreichend erfüllt und die Kosten berücksichtigt. Gegenwärtig ist es erwünscht, eine Verbesserung der Leistung der zu verwendenden Komponenten, eine Änderung eines Zuführsystems der Komponenten und dergleichen in Betracht zu ziehen. Zum Erzeugen der numerischen Steuervorrichtungen gewöhnlich ein Universalprozessor (CPU) und ein DSP (digitaler Signalprozessor) dazu verwendet, die Hauptsteuereinrichtung und die PLC zu bilden. Andererseits ist eine Reduzierung der Anzahl der Komponenten bei der Senkung der Kosten wirksam, weshalb die Komponenten, abgesehen von der CPU und dem DSP, d.h. die Steuereinrichtung und die anderen Schaltungen, in eine einzelne integrierte Schaltung (IC) integriert sind. Eine solche IC wird als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) bezeichnet. Wenn bei der obigen Konfiguration mit dem Bus die Komponenten, abgesehen von der CPU und dem DSP, in die ASIC integriert sind, sind die CPU, der DSP und die ASIC mit dem Bus verbunden und der Bus in der ASIC enthalten.
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Des Weiteren wurden Mehrkern-CPUs und serielle Schnittstellen entwickelt. Die Hauptsteuereinrichtung und die PLC können leicht in einer Mehrkern-CPU ausgebildet werden. Bei der Konfiguration mit der CPU und der ASIC werden, wenn eine serielle Hochgeschwindigkeitsschnittstelle, wie etwa PCI Express™ oder dergleichen, den Bus ersetzt, Kommunikationen zwischen der CPU und der ASIC über die serielle Schnittstelle durchgeführt, während Kommunikationen in der ASIC über den Bus durchgeführt werden.
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Bei Kommunikationen in der numerischen Steuervorrichtung ist es wichtig, die Kommunikationsleistung zwischen der Hauptsteuereinrichtung (in der CPU) und der Servosteuereinrichtung (in der ASIC) sicherzustellen. Die Kommunikationsleistung hat Einfluss auf die Leistung eines zu steuernden Objekts, wie etwa eine Maschine oder einen Roboter.
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Als mit einer Erhöhung der Geschwindigkeit und Leistung der numerischen Steuervorrichtungen in Zusammenhang stehende Techniken werden die folgenden Vorschläge beschrieben (z.B. die ungeprüften japanischen Patentveröffentlichungen (Kokai)
JP 2013-054730 A (nachstehend als „Patentschrift 1“ bezeichnet),
JP 2003 -
316408 A (nachstehend als „Patentschrift 2“ bezeichnet),
JP 2014-211721 A (nachstehend als „Patentschrift 3“ bezeichnet) und
JP H09-73 310 A (nachstehend als „Patentschrift 4“ bezeichnet)). Die Patentschrift 1 offenbart eine Konfiguration, bei der ein Motorsteuerprozessor in einer Motorsteuereinrichtung aus einem Mehrkern-DSP besteht und über eine serielle Hochgeschwindigkeitsschnittstelle mit einem Motorsteuerverstärker verbunden ist (siehe Absätze [0016] bis [0018] und
1). Die Mehrkern-CPU hat die Funktionen einer numerischen Steuerung, einer Motorsteuerung und der PLC und ist über eine serielle Hochgeschwindigkeitskommunikationsschnittstelle mit einer Busbrücke verbunden, die ferner die Funktion einer Kommunikationssteuerung hat.
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Die Patentschrift 2 offenbart eine Konfiguration, bei der eine Hochgeschwindigkeits-CPU, die durch ein Betriebssystem mit einer geringen Datenverarbeitungskapazität und einer hohen Verarbeitungsgeschwindigkeit betrieben wird, Daten geringen Umfangs verarbeitet, die eine direkte Auswirkung auf die Verarbeitungsgeschwindigkeit, eine Ein-/Ausgabe zwischen Komponenten einer Werkzeugmaschine und dergleichen haben. Eine andere Niedergeschwindigkeits-CPU, die durch ein Betriebssystem mit einer hohen Datenverarbeitungskapazität und einer niedrigen Verarbeitungsgeschwindigkeit betrieben wird, verarbeitet Daten großen Umfangs, die keine direkte Auswirkung auf die Verarbeitungsgeschwindigkeit haben, wobei Daten gemeinsam mit der Hochgeschwindigkeits-CPU genutzt werden. Eine solche Konfiguration ermöglicht es, die Werkzeugmaschine mit einer hohen Geschwindigkeit und einer hohen Leistung zu steuern (siehe z.B. Absatz [0017] und 3). Außerdem ist die Beziehung zwischen einer Datenverarbeitungskapazität und einer Verarbeitungszeit in Bezug auf die Inhalte der verarbeiteten Daten beschrieben (siehe z.B. Absatz [0016] und 2). Die Patentschrift 2 offenbart außerdem, dass die Hochgeschwindigkeits-CPU in einer Einrichtung zum gemeinsamen Nutzen von Informationen gespeicherte Daten mit einer hohen Geschwindigkeit liest und verarbeitet und anhand der verarbeiteten Daten ein Steuersignal zum Steuern eines Servomotors erzeugt (siehe Absatz [0026]).
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Die Patentschrift 3 offenbart eine numerische Steuervorrichtung mit einer numerischen Steuereinrichtung und einer Robotersteuereinrichtung. Die numerische Steuerung und Robotersteuerung, die herkömmlicherweise durch unterschiedliche Prozessoren durchgeführt werden, sind in einen Mehrkernprozessor integriert.
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Die Patentschrift 4 offenbart eine numerische Steuervorrichtung, die zum Verbinden von Steuereinrichtungen ein Netzwerk verwendet, um Komplikationen bei einer Kabelverbindung zu reduzieren.
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Patentschrift 5 (
EP 1 832 398 A1 ) offenbart eine Rechnereinheit für eine Robotersteuerung. Die Rechnereinheit umfasst einen ersten Satz Buchsen, die angepasst sind zum Ermöglichen von externer Kommunikation zwischen einem ersten Prozessor und Peripherieeinheiten, einen zweiten Satz Buchsen, die angepasst sind zum Ermöglichen von externer Kommunikation zwischen einem zweiten Prozessor und Peripherieeinheiten, und eine Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Prozessor zum Ermöglichen von interner Kommunikation zwischen den Prozessoren.
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Ferner wird bei den numerischen Steuervorrichtungen ein externes Eingangssignal externer Ein-/Ausgangs- (I/O-) Signale an die Hauptsteuereinrichtung gesendet und einem gewissen Verfahren unterzogen. Beispielsweise wird ein der Servosteuerung zugeordnetes Eingangssignal durch die Hauptsteuereinrichtung verarbeitet und dann ein einem Verarbeitungsergebnis entsprechendes Steuersignal an die Servosteuereinrichtung gesendet. Wenn die die Hauptsteuereinrichtung umfassende CPU und die die Servosteuereinrichtung umfassende ASIC wie vorstehend beschrieben über die serielle Hochgeschwindigkeitsschnittstelle miteinander verbunden sind, wird ein Signal von der Hauptsteuereinrichtung über die serielle Hochgeschwindigkeitsschnittstelle und einen in der ASIC enthaltenen Bus an die Servosteuereinrichtung gesendet. Ferner ist die ASIC mit einer Ein-/Ausgangseinrichtung für die I/O-Signale versehen und ein Eingangssignal, das nicht durch die Hauptsteuereinrichtung verarbeitet werden muss, wird von der Ein-/Ausgangseinrichtung über den Bus in der ASIC an die Servosteuereinrichtung gesendet. Da die Servosteuereinrichtung mit dem internen Bus der ASIC verbunden ist, werden Eingangssignale der Servosteuereinrichtung ohnehin über den Bus gesendet. Die Eingangssignale der Servosteuereinrichtung umfassen Notsignale, wie etwa ein von außen eingegebenes Nothaltsignal für einen in Betrieb befindlichen Motor und ein Änderungsbefehlssignal bezüglich eines vorgegebenen Drehzustands des Motors. Außerdem erfordern manche der Eingangssignale, wie etwa ein Signal, das einer Bearbeitungsmaschine den Abschluss eines bestimmten Betriebs meldet, ein hohes Ansprechvermögen der Servosteuereinrichtung auf die Signale. Bei Stanzverfahren durch Stanzpressen-Blechverarbeitungsmaschinen ist es erwünscht, dass die Bearbeitungsmaschinen bei Erfassung eines Blechstanzabschlusssignals unmittelbar zum nächsten Schritt übergehen, um die Zyklusdauer zu verkürzen. Bei Blechbiegeverfahren unter Verwendung von Biegepressen ist es erwünscht, dass die Bearbeitungsmaschinen bei Erfassung eines Abschlusssignals, das angibt, dass ein Biegewinkel eines Blechs einen vorgegebenen Winkel erreicht hat, unmittelbar zum nächsten Schritt übergehen, um die Zyklusdauer zu verkürzen. Es ist außerdem erwünscht, dass Zylinderschleifmaschinen unmittelbar zum nächsten Schritt übergehen, sobald ein Werkstück während der Bearbeitung eine(n) vorgegebene(n) Durchmesser oder Oberflächenrauigkeit erreicht hat, um die Zyklusdauer zu verkürzen. Wie vorstehend beschrieben, weisen die Eingangssignale der Servosteuereinrichtung aufgrund des Sendens über den Bus eine Verzögerung auf. Im Besonderen besteht das Problem, dass, selbst wenn Kommunikationen der Eingangssignale eine höhere Priorität haben, aufgrund der zum Evakuieren der Daten vom Bus benötigen Zeit die Verzögerung erhöht wird, wenn Daten großen Umfangs über den Bus übertragen werden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Kommunikationszeit von Noteingangssignalen und Eingangssignalen, die ein hohes Ansprechvermögen von einer Ein-/Ausgangseinrichtung zu einer Servosteuereinrichtung erforderlich machen, in einer numerischen Steuervorrichtung mit einer IC zu verkürzen, die die Servosteuereinrichtung und die Ein-/Ausgangseinrichtung für externe Signale umfasst.
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Diese Aufgabe wird durch eine numerische Steuervorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine numerische Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine CPU zum Ausgeben eines Positionsbefehlswerts eines Servomotors, eine integrierte Schaltung, die eine Servosteuereinrichtung zum Ausgeben eines Strombefehlswerts an einen Verstärker zum Antreiben des Servomotors und eine Ein-/Ausgangs- (I/O-) Einrichtung zum Ein- und Ausgeben eines externen Signals umfasst, einen digitalen Signalprozessor (DSP) zum Lesen des Positionsbefehlswerts und Durchführen einer Steuerung, um den Servomotor zu einer durch den Positionsbefehlswert angegebenen Position zu bewegen, und einen Inter-Einrichtungskommunikationspfad zwischen der CPU und der integrierten Schaltung. Die integrierte Schaltung umfasst einen internen Bus, der mit einer mit dem Inter-Einrichtungskommunikationspfad verbundenen Kommunikationsschnittstelle und der I/O-Einrichtung verbunden ist, und einen internen Kommunikationspfad zum direkten Übertragen eines Signals zwischen der Servosteuereinrichtung und der I/O-Einrichtung, ohne den internen Bus zu durchlaufen.
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Figurenliste
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Die Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen genauer hervor. Es zeigt:
- 1 ein Blockdiagramm einer numerischen Steuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2 ein Blockdiagramm einer numerischen Steuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 3 ein Blockdiagramm einer numerischen Steuervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
- 4 ein Blockdiagramm einer numerischen Steuervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Genaue Beschreibung der Erfindung
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Eine numerische Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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[Erste Ausführungsform]
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Es wird eine numerische Steuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 ist ein Blockdiagramm der numerischen Steuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine numerische Steuervorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Mehrkern-CPU 1 und eine ASIC 2. Die Mehrkern-CPU 1 und die ASIC 2 sind über eine serielle Hochgeschwindigkeitsschnittstellenleitung 10 miteinander verbunden. Die serielle Hochgeschwindigkeitsschnittstellenleitung 10 kann beispielsweise ein PCI-Express™ Bus sein, ist jedoch nicht darauf beschränkt.
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Die Mehrkern-CPU 1 umfasst einen Mehrkern-DSP 3 und eine Medienzugriffssteuereinrichtung (MAC) 11. Der Mehrkern-DSP 3 führt einen einer Servosteuerung zugeordneten Betrieb durch. Die Medienzugriffssteuereinrichtung 11 stellt über eine physikalische Schicht (PHY) 41 eine Kommunikation mit einem Netzwerk her. Das Netzwerk ist beispielsweise ein Multifunktions-Ethernet™. Das „Multifunktions-“ Ethernet bezieht sich auf ein Ethernet™, das in verschiedenen Branchen verwendbar ist. Das Netzwerk ist jedoch nicht darauf beschränkt. Bei dieser Ausführungsform ist, wie in 1 gezeigt, ein DRAM 13, das als Hauptspeicher für die CPU fungiert, extern an die Mehrkern-CPU 1 angeschlossen, kann jedoch auch extern an die ASIC 2 angeschlossen werden.
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Die ASIC 2 umfasst eine Servosteuereinrichtung 21, einen I/O-Kommunikationsmaster 22, ein Peripheriegerät 23, eine Grafikmaschine (MPU und VRAM) 24, ein I/O-RAM 28, eine serielle Schnittstelle (I/F) 271 und einen ASIC-internen Bus 250. Die Servosteuereinrichtung 21, der I/0-Kommunikationsmaster 22, das Peripheriegerät 23, die Grafikmaschine (MPU und VRAM) 24, das I/O-RAM 28 und die serielle Schnittstelle 271 sind mit dem ersten ASIC-internen Bus 250 verbunden.
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Der I/O-Kommunikationsmaster 22 ist eine Schaltung zum Steuern von I/O-Kommunikationen. Mit dem I/O-Kommunikationsmaster 22 ist eine Slave-Einrichtung (nicht gezeigt) verbunden, um über einen externen Schnittstellenanschluss 221 zur I/O-Kommunikation DI/DO (digitale Ein-/Ausgaben) ein- und auszugeben. Der I/O-Kommunikationsmaster 22 gibt die im I/O-RAM 28 gespeicherte DO (digitale Ausgabe) an die Slave-Einrichtung aus. Die von der Slave-Einrichtung eingegebene DI (digitale Eingabe) wird hingegen durch den I/O-Kommunikationsmaster 22 als DI im I/O-RAM 28 gespeichert. Ein interner Kommunikationspfad 260 ist zwischen dem I/O-Kommunikationsmaster 22 und der Servosteuereinrichtung 21 bereitgestellt. Die DI/DO wird über die serielle Hochgeschwindigkeitsschnittstellenleitung 10, die serielle Schnittstelle 271 und den ASIC-internen Bus 250 gemäß einem in der Mehrkern-CPU 1 ausgeführten Folgeprogramm aus dem I/O-RAM 28 gelesen und in das I/O-RAM 28 geschrieben. Anstelle der Bereitstellung des I/O-RAM 28, kann das DRAM 13 als Speicher zum Speichern von durch den I/O-Kommunikationsmaster 22 ein- und ausgegebenen I/O-Daten verwendet werden. Alternativ kann ein anderes RAM mit der ASIC 2 verbunden und als I/O-RAM 28 und Arbeitsspeicher der ASIC 2 verwendet werden.
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Mit dem Peripheriegerät 23 sind eine Speichereinrichtung 60 und ein batteriegestütztes SRAM 70 verbunden. Die Speichereinrichtung 60 speichert CNC-Software, die bei der Initialisierung der Mehrkern-CPU 1 in das DRAM geladen wird. Das SRAM 70 wird zum Speichern von Daten während des Betriebs verwendet, so dass die Vorrichtung selbst dann in ihren ursprünglichen Zustand zurückversetzt werden kann, wenn der Strom abgeschaltet wird. Des Weiteren weist das Peripheriegerät 23 externe Schnittstellenanschlüsse für eine Tastatur, eine analoge Ein-/Ausgabe und einen Taktgeber auf. Unter Verwendung dieser Anschlüsse werden eine Benutzereingabe, Signaleingabe zum Überspringen eines Bearbeitungsprogramms während der Ausführung, Signaleingabe von einem Berührungssensor, Takteingabe, analoge Spindelausgabe (analoge Ausgabe) und dergleichen durchgeführt.
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Die Grafikmaschine 24 besteht aus einem Prozessor (MPU/Mikroprozessor) zum Ausführen einfacher Grafikfunktionen, einem VRAM zum Speichern von Bildschirmbilddaten und einer Steuereinrichtung zum Ausgeben der in das VRAM geschriebenen Daten an eine Anzeigeeinrichtung, wie etwa LCD-Panel.
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Als Nächstes wird eine Servosteuerung beschrieben. Die Mehrkern-CPU 1 schreibt einen Bewegungsbefehlswert in das DRAM 13 oder einen in der CPU befindlichen Cache und der DSP-Kern 3 greift auf den Bewegungsbefehlswert zu. Der DSP-Kern 3 erzeugt anhand des Bewegungsbefehlswerts einen Strombefehlswert für einen Verstärker, um einen Servomotor zu einer durch den Bewegungsbefehlswert angegebenen Position zu bewegen, und sendet den Strombefehlswert über die serielle Hochgeschwindigkeitsschnittstellenleitung 10, die serielle Schnittstelle 271 und den ASIC-internen Bus 250 an die Servosteuereinrichtung 21.
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Die Servosteuereinrichtung 21 ist mit einer Servoschnittstelle (I/F) 26 versehen. Die Servoschnittstelle 26 ist eine Schnittstelle zum Verbinden eines Servoverstärkers oder eines Spindelverstärkers mit der Servosteuereinrichtung 21. Mit dem Servoverstärker oder dem Spindelverstärker sind eine Stromleitung des Servomotors oder eines Spindelmotors, der jede Achse einer Werkzeugmaschine betreibt, und eine Rückkopplungseingangssignalleitung zum Erfassen der Position und Drehzahl jedes Motors verbunden.
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Die Servosteuereinrichtung 21 sendet den Strombefehlswert über die Servoschnittstelle 26 an den Verstärker. Der Verstärker steuert unter Verwendung eines PWM-Signals basierend auf dem empfangenen Strombefehlswert einen Strom und sendet den Wert eines im Verstärker enthaltenen Stromsensors über die Servoschnittstelle 26 an die Servosteuereinrichtung 21. Ein Rückkopplungssignal vom Servomotor wird ebenfalls über die Servoschnittstelle 26 an die Servosteuereinrichtung 21 gesendet. Der Mehrkern-DSP 3 liest den Wert des Stromsensors und den Wert des Rückkopplungssignals, die von der Servosteuereinrichtung 21 empfangen wurden, über die serielle Hochgeschwindigkeitsschnittstellenleitung 10, die serielle Schnittstelle 271 und den ASIC-internen Bus 250 aus. Der Mehrkern-DSP 3 berechnet basierend auf den Werten den nächsten Stromsteuerbefehlswert und sendet den nächsten Stromsteuerbefehlswert über die entgegengesetzte Route an die Servosteuereinrichtung 21. Die Servosteuereinrichtung 21 sendet den nächsten Stromsteuerbefehlswert über die Servoschnittstelle 26 an den Verstärker. Der Mehrkern-DSP 3 steuert den Servomotor durch eine Wiederholung dieser Stromsteuerung damit jede Achse die durch die Mehrkern-CPU 1 angegebene Position erreicht. Der Mehrkern-DSP 3 schreibt den Wert des Rückkopplungssignals in das DRAM 13 oder den internen Cache. Die Mehrkern-CPU 1 liest diesen Wert und bestimmt, dass die Achse die durch den Positionsbefehlswert angegebene Position erreicht hat.
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Durch den I/O-Kommunikationsmaster 22 ein- und ausgegebene I/O-Signaldaten (DI/DO) werden in einen ersten Datentyp, der direkt in die Servosteuereinrichtung 21 eingegeben werden kann, ohne die Mehrkern-CPU 1 zu durchlaufen, und einen zweiten Datentyp eingeteilt, der den anderen umfasst.
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Ein erstes Beispiel des ersten Datentyps ist ein DI-Signal, das die Servosteuereinrichtung 21 ohne Vermittlung durch die Mehrkern-CPU 1 veranlasst, die Drehung einer spezifischen Achse (einer oder mehrerer Achsen) sofort zu stoppen, die durch den Typ des Signals bezeichnet ist, wenn das DI-Signal in einem Drehzustand der spezifischen Achse (einer oder mehrerer Achsen) vom I/O-Kommunikationsmaster 22 in die Servosteuereinrichtung 21 eingegeben wird.
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Ein zweites Beispiel des ersten Datentyps ist ein DI-Signal, das die Servosteuereinrichtung 21 ohne Vermittlung durch die Mehrkern-CPU 1 veranlasst, die Drehzahl einer sich mit einer konstanten Drehzahl drehenden spezifischen Achse (einer oder mehrerer Achsen) in einen Wert zu ändern, der durch den Typ des Signals bezeichnet ist, wenn das DI-Signal in einem Drehzustand der sich mit der konstanten Drehzahl drehenden spezifischen Achse (einer oder mehrerer Achsen) vom I/0-Kommunikationsmaster 22 in die Servosteuereinrichtung 21 eingegeben wird. Die Beziehung zwischen dem Typ des DI-Signals und einer Drehzahl wird vor dem Start des Betriebs in der Servosteuereinrichtung 21 vorgegeben.
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Ein drittes Beispiel des ersten Datentyps ist ein DI-Signal, das die Servosteuereinrichtung 21 ohne Vermittlung durch die Mehrkern-CPU 1 veranlasst, eine gestoppte Achse (eine oder mehrere Achsen) mit einer maximalen Geschwindigkeit, die durch eine spezifische maximale Beschleunigung oder Verzögerung und die Position der Achse dabei erreicht wird, zu einer spezifischen Position zu bewegen, wenn das DI-Signal in einem Stoppzustand der spezifischen Achse (einer oder mehrerer Achsen) vom I/O-Kommunikationsmaster 22 in die Servosteuereinrichtung 21 eingegeben wird. Die Position, die maximale Beschleunigung und Verzögerung sowie die maximale Drehzahl werden vor dem Start des Betriebs vorab in der Servosteuereinrichtung 21 eingestellt. Es können eine Mehrzahl Positionen und eine Mehrzahl maximaler Drehzahlen, die einer Mehrzahl DI-Signalen entsprechen, eingestellt werden.
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Ein erstes Beispiel des zweiten Datentyps ist ein DI-Signal, das ein in der Speichereinrichtung 60 oder dergleichen vorab gespeichertes Bearbeitungsprogramm bezeichnet. Ein solches DI-Signal wird vom I/O-Kommunikationsmaster 22 an die Mehrkern-CPU 1 gesendet. Die Mehrkern-CPU 1 erzeugt unter Verwendung des bezeichneten Bearbeitungsprogramms einen Bewegungsbefehlswert für die die Servosteuereinrichtung 21 und sendet den Bewegungsbefehlswert an die Servosteuereinrichtung 21.
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Ein zweites Beispiel des zweiten Datentyps sind Daten im Falle einer gleichzeitigen Durchführung einer Bahnsteuerung (Interpolationsverfahren) einer Mehrzahl Achsen. In diesem Fall ist eine Slave-Einrichtung (Servosteuer-IC) zum Steuern einer anderen Achse mit einer I/O-Kommunikationsschnittstelle des I/O-Kommunikationsmasters 22 verbunden und der I/O-Kommunikationsmaster 22 empfängt Daten von der Slave-Einrichtung. Solche Daten müssen integral mit Daten von der Servosteuereinrichtung 21 in der Hauptsteuereinrichtung der Mehrkern-CPU 1 verarbeitet werden.
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Die Unterscheidung zwischen dem ersten Datentyp und dem zweiten Datentyp wird unter Verwendung einer im I/O-Kommunikationsmaster 22 bereitgestellten Unterscheidungstabelle vorgenommen. In dieser Tabelle sind Signale, die als erster Datentyp zu behandeln sind, durch eine Adresse und ein Bit des I/O-RAM bezeichnet, in dem die Signale zu speichern sind, wobei der erste und zweite Typ der Signale basierend auf der Tabelle unterschieden werden. Anstelle der Adresse und des Bits können der Typ der mit der I/O-Kommunikationsschnittstelle verbundenen Slave-Einrichtung und ein in der Einrichtung bereitgestellter Verbindungsanschluss verwendet werden. Die Bezeichnung in der Unterscheidungstabelle kann durch einen Benutzer der numerischen Steuervorrichtung beliebig geändert werden.
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Bei der ersten Ausführungsform stellt der I/O-Kommunikationsmaster 22 fest, ob die DI dem ersten Datentyp entspricht. Wenn die DI dem ersten Datentyp entspricht, wird die DI über den internen Kommunikationspfad 260 an die Servosteuereinrichtung 21 gesendet. Wenn die DI dem zweiten Datentyp entspricht, wird die DI über den ASIC-internen Bus 250, die serielle Schnittstelle 271 und die serielle Hochgeschwindigkeitsschnittstellenleitung 10 an die Mehrkern-CPU 1 gesendet. Es wird darauf hingewiesen, dass manche dem ersten Datentyp entsprechende Daten zur Gesamtsteuerung in der Mehrkern-CPU 1 verwaltet werden sollten. Ein solcher erster Datentyp wird über den internen Kommunikationspfad 260 an die Servosteuereinrichtung 21 gesendet und kann danach über den ASIC-internen Bus 250, die serielle Schnittstelle 271 und die serielle Hochgeschwindigkeitsschnittstellenleitung 10 entsprechend an die Mehrkern-CPU 1 gesendet werden.
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Die erste Ausführungsform ermöglicht eine Verkürzung der Zeit zwischen dem Empfang des ersten Datentyps durch den I/O-Kommunikationsmaster 22 und dem Empfang des ersten Datentyps durch die Servosteuereinrichtung 21. Daher ist diese Ausführungsform besonders vorteilhaft, wenn der erste Datentyp Vordringlichkeit oder ein hohes Ansprechvermögen erforderlich macht.
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[Zweite Ausführungsform]
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Als Nächstes wird eine numerische Steuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 2 ist ein Blockdiagramm der numerischen Steuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Unterschied zwischen einer numerischen Steuervorrichtung 102 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und der numerischen Steuervorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform besteht darin, dass die Mehrkern-CPU 1 den Mehrkern-DSP 3 nicht enthält und der Mehrkern-DSP 3 extern an die ASIC 2 angeschlossen ist. Die anderen Konfigurationen der numerischen Steuervorrichtung 102 gemäß der zweiten Ausführungsform entsprechen denjenigen der numerischen Steuervorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform, so dass auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet wird.
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Die ASIC 2 umfasst ferner eine serielle Schnittstelle (I/F) 273. Die Servosteuereinrichtung 21 ist über die serielle Schnittstelle 273 und eine serielle Hochgeschwindigkeitsschnittstellenleitung 30 mit dem Mehrkern-DSP 3 verbunden. Die serielle Hochgeschwindigkeitsschnittstellenleitung 30 kann beispielsweise ein PCI-Express™-Bus sein, ist aber nicht darauf beschränkt.
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Als Nächstes wird eine Servosteuerung beschrieben. Die Mehrkern-CPU 1 gibt einen Positionsbefehlswert für den Servomotor (nicht gezeigt) an die in der ASIC 2 bereitgestellte Servosteuereinrichtung 21 aus. Die Servosteuereinrichtung 21 gibt einen Strombefehlswert zum Antreiben des Servomotors an den Verstärker (nicht gezeigt) aus. Der Mehrkern-DSP 3 liest den Positionsbefehlswert und führt eine Steuerung durch, um den Servomotor zu einer durch den Positionsbefehlswert angegebenen Position zu bewegen.
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Die Servosteuereinrichtung 21 ist mit der Servoschnittstelle 26 versehen. Die Servoschnittstelle 26 ist eine Schnittstelle zum Verbinden des Servoverstärkers oder des Spindelverstärkers mit der Servosteuereinrichtung 21. Mit dem Servoverstärker oder dem Spindelverstärker sind die Stromleitung des Servomotors oder des Spindelmotors, der jede Achse der Werkzeugmaschine betreibt, und die Rückkopplungseingangssignalleitung zum Erfassen der Position und Drehzahl jedes Motors verbunden.
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Der Positionsbefehlswert wird von der Mehrkern-CPU 1 in einen internen RAM-Bereich der Servosteuereinrichtung 21 geschrieben. Der Mehrkern-DSP 3 liest den Positionsbefehlswert und führt eine Steuerung durch, um den Servomotor zu der durch den Positionsbefehlswert angegebenen Position zu bewegen. Der Servomotor wird über die mit der Servosteuereinrichtung 21 verbundene Servoschnittstelle 26 gesteuert. Der Mehrkern-DSP 3 schreibt den Wert des Rückkopplungssignals in die Servosteuereinrichtung 21. Die Mehrkern-CPU 1 liest den Wert des Rückkopplungssignals und bestimmt, dass die Achse die durch den Positionsbefehlswert angegebene Position erreicht at. Die anderen Vorgänge entsprechen denjenigen der ersten Ausführungsform, so dass auf eine Beschreibung derselben verzichtet wird.
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Ebenso wie die erste Ausführungsform ermöglicht die zweite Ausführungsform eine Verkürzung der Zeit zwischen dem Empfang des ersten Datentyps durch den I/O-Kommunikationsmaster 22 und dem Empfang des ersten Datentyps durch die Servosteuereinrichtung 21.
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[Dritte Ausführungsform]
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Als Nächstes wird eine numerische Steuervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 3 ist ein Blockdiagramm der numerischen Steuervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Unterschied zwischen einer numerischen Steuervorrichtung 103 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und der numerischen Steuervorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform besteht darin, dass der ASIC-interne Bus in einen ersten ASIC-internen Bus 251, mit dem die Servosteuereinrichtung 21 und die serielle Schnittstelle 271 verbunden sind, und einen zweiten ASIC-internen Bus 252 aufgeteilt ist, mit dem die anderen Komponenten verbunden sind, die den I/O-Kommunikationsmaster 22, das Peripheriegerät 23, die Grafikmaschine 24 und das I/O-RAM 28 umfassen, eine serielle Schnittstelle (I/F) 272 zusätzlich bereitgestellt ist, um den zweiten internen Bus 252 mit der Mehrkern-CPU 1 zu verbinden, und eine serielle Hochgeschwindigkeitsschnittstellenleitung 20 bereitgestellt ist, um die Mehrkern-CPU 1 und die serielle Schnittstelle 272 miteinander zu verbinden. Die anderen Konfigurationen der numerischen Steuervorrichtung 103 gemäß der dritten Ausführungsform entsprechen denjenigen der numerischen Steuervorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform, so dass auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet wird.
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Kommunikationen von Servosteuerdaten zwischen der Mehrkern-CPU 1 und der Servosteuereinrichtung 21 werden über die serielle Hochgeschwindigkeitsschnittstellenleitung 10, die serielle Schnittstelle 271 und den ersten ASIC-internen Bus 251 durchgeführt. Kommunikationen zwischen jeder Komponente, abgesehen von der in der ASIC 2 befindlichen Servosteuereinrichtung 21, und der Mehrkern-CPU 1 werden über die serielle Hochgeschwindigkeitsschnittstellenleitung 20, die serielle Schnittstelle 272 und den zweiten ASIC-internen Bus 252 durchgeführt.
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Bei der dritten Ausführungsform ist es, ebenso wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform, möglich, Kommunikationsverzögerungen externer Signale zu verringern, die von der Servosteuereinrichtung 21 dringend benötigt und in den I/O-Kommunikationsmaster 22 eingegeben werden. Gesetzt den Fall, dass der interne Kommunikationspfad 260 nicht in der numerischen Steuervorrichtung 103 gemäß der dritten Ausführungsform bereitgestellt ist, werden, wenn die in den I/O-Kommunikationsmaster 22 eingegebenen externen Signale an die Servosteuereinrichtung 21 gesendet werden, die externen Signale über den zweiten ASIC-internen Bus 252, die serielle Schnittstelle 272, die serielle Hochgeschwindigkeitsschnittstellenleitung 20, die Mehrkern-CPU 1, die serielle Hochgeschwindigkeitsschnittstellenleitung 10, die serielle Schnittstelle 271 und den ersten ASIC-internen Bus 251 gesendet und haben somit lange Verzögerungszeiten, wodurch sie besonders effektiv sind.
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Des Weiteren kann bei der dritten Ausführungsform, da Kommunikationen zwischen der Servosteuereinrichtung 21 und der Mehrkern-CPU 1 nicht durch Kommunikationen zwischen jeder der anderen Komponenten in der ASIC 2 und der Mehrkern-CPU 1 beeinträchtigt werden, die Kommunikationsleistung zwischen der Mehrkern-CPU 1 und der Servosteuereinrichtung 21 verbessert werden. Außerdem kann, da Kommunikationen zwischen jeder der anderen Komponenten in der ASIC 2 und der Mehrkern-CPU 1 unabhängig von den Kommunikationen durch die Servosteuereinrichtung 21 durchgeführt werden, die Kommunikationsleistung zwischen jeder der anderen Komponenten in der ASIC 2 und der Mehrkern-CPU 1 verbessert werden. Daher ist es möglich, beispielsweise Rendering-Funktionen der Grafikmaschine 24 zu verbessern.
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[Vierte Ausführungsform]
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Als Nächstes wird eine numerische Steuervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 4 ist ein Blockdiagramm der numerischen Steuervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Unterschied zwischen einer numerischen Steuervorrichtung 104 gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und der numerischen Steuervorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform besteht darin, dass der I/O-Kommunikationsmaster 22 aus der ASIC 2 entfernt ist und die I/O-Signaldaten (DI/DO), die bei den vorstehenden Ausführungsformen durch den I/O-Kommunikationsmaster 22 ein- und ausgegeben werden, vom Netzwerk in die MAC 11 der Mehrkern-CPU 1 eingegeben oder von der MAC 11 der Mehrkern-CPU 1 an das Netzwerk ausgegeben werden. Die anderen Konfigurationen der numerischen Steuervorrichtung 104 gemäß der vierten Ausführungsform entsprechen denjenigen der numerischen Steuervorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform, so dass auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet wird.
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Die durch die MAC 11 ein- und ausgegebenen Daten werden, ebenso wie bei der ersten Ausführungsform, im I/O-RAM 28 gespeichert.
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Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind vorstehend beschrieben, können jedoch selbstverständlich verschiedene Modifikationsbeispiele umfassen. Beispielsweise ist die Kommunikationsschnittstelle zwischen der Mehrkern-CPU 1 und der ASIC 2 nicht auf die serielle Schnittstelle beschränkt. Welche Funktionen in jede IC integriert werden und welcher Funktionsblock mit jedem einer Mehrzahl Busse in der ASIC verbunden wird, sollte gemäß den Spezifikationen geeignet bestimmt werden, woraus sich verschiedene Modifikationsbeispiele ergeben.
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Gemäß der numerischen Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung werden Eingangssignale an die Servosteuereinrichtung, Noteingangssignale und ein hohes Ansprechvermögen erforderlich machende Eingangssignale, die nicht in der CPU verarbeitet werden, direkt von einer I/O-Einrichtung an die Servosteuereinrichtung gesendet, ohne den Bus in der integrierten Schaltung zu durchlaufen, wodurch im Vergleich zu einer Übertragung über den Bus eine Verkürzung der Kommunikationszeit ermöglicht wird.
