DE112021007472T5

DE112021007472T5 - Steuervorrichtung, kollisionsprüfungsvorrichtung und steuersystem

Info

Publication number: DE112021007472T5
Application number: DE112021007472.5T
Authority: DE
Inventors: Nobuhito OONISHI
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2021-06-16
Filing date: 2021-06-16
Publication date: 2024-01-18
Also published as: CN117425862A; JPWO2022264338A1; WO2022264338A1

Abstract

Eine Steuervorrichtung nach der vorliegenden Offenbarung weist eine Befehlsanalyseeinheit, die den Block eines Bearbeitungsprogramms analysiert; eine Zuteilungsverarbeitungseinheit, die auf Basis des Analyseergebnisses der Befehlsanalyseeinheit für jeden Zuteilungszeitraum eine zugeteilte Bewegung erzeugt und die Position eines sich bewegenden Abschnitts berechnet, wobei die Position gemäß der zugeteilten Bewegung aktualisiert wird; und eine Kollisionsbestimmungseinheit, die auf Basis eines verbotenen Bewegungsausmaßes, das durch eine Kollisionsprüfungsvorrichtung auf Basis der Position berechnet wird und eine Entfernung ist, in der eine Bewegung ab der Position des sich bewegenden Abschnitts eine Kollision verursachen kann, das Vorliegen oder Nichtvorliegen einer Kollision zwischen dem sich bewegenden Abschnitt und einem störenden Objekt bestimmt. Wenn bestimmt wird, dass eine Kollision auftreten kann, wird die Bewegung des sich bewegenden Abschnitts angehalten.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung, eine Kollisionsprüfungsvorrichtung und ein Steuersystem.
Allgemeiner Stand der Technik
Wenn sich bei einer Industriemaschine wie etwa einer Werkzeugmaschine, die durch eine Steuervorrichtung gesteuert wird, ein sich bewegender Abschnitt entlang einer vorherbestimmten Bewegungsachse bewegt, kann der sich bewegende Abschnitt mit einem Hindernis, das sich innerhalb eines Bewegungsbereichs befindet, kollidieren. 10 ist ein Diagramm, das eine Spindel 301, woran ein Werkzeug 303 als sich bewegender Abschnitt angebracht ist, und einen Tisch 305, ein Werkstück 309 und eine Haltevorrichtung 307, die das Werkstück 309 fixiert, als Hindernisse zeigt. Wenn die Spindel 307 und das Werkzeug 309 die Bewegung in die Richtung des Pfeils in 10 fortsetzen, kollidiert die Spindel 301 schließlich mit der Haltevorrichtung 307. Wenn die Kollision auftritt, wird dies einen Bruch des sich bewegenden Abschnitts oder des Hindernisses oder einen Defekt einer Welle oder eines Motors der Maschine verursachen. Daher verfügen einige Steuervorrichtungen über eine Kollisionsprüfungsfunktion, um die Wahrscheinlichkeit, dass es zwischen einem sich bewegenden Abschnitt und einem Hindernis zu einer Kollision kommt, im Voraus zu prüfen und die Bewegung des sich bewegenden Abschnitts anzuhalten, wenn das Auftreten einer Kollision erwartet wird.
Die Kollisionsprüfungsfunktion umfasst eine Technologie, bei der die Kollisionsprüfung auf Seiten einer Steuervorrichtung vorgenommen wird, und eine Technologie, bei der die Kollisionsprüfung auf Seiten eines PCs, der an die Steuervorrichtung angeschlossen ist, vorgenommen wird. Die Steuervorrichtung wendet den Großteil ihrer Rechenressourcen für die Steuerung einer Industriemaschine auf. Somit kann bei Vornahme der Kollisionsprüfung auf Seiten der Steuervorrichtung in vielen Fällen nur eine einfache Verarbeitung durchgeführt werden. Daher wird dann, wenn es nicht möglich ist, die Kollisionsprüfung mit den Rechenressourcen auf Seiten der Steuervorrichtung vorzunehmen, wie etwa dann, wenn ein Hindernis eine komplexe Formdefinition aufweist, eine Funktion zur Vornahme der Kollisionsprüfung auf Seiten des PCs, der an die Steuervorrichtung angeschlossen ist, verwendet (siehe zum Beispiel das Patentliteraturbeispiel 1 und andere).
11 ist ein Sequenzdiagramm, das einen Verarbeitungsablauf zeigt, wenn eine Steuervorrichtung und ein PC bei der Vornahme einer Kollisionsprüfung zusammenwirken. Wenn die Steuervorrichtung und der PC miteinander zusammenwirken, um die Kollisionsprüfung vorzunehmen, berechnet die Steuervorrichtung einen Koordinatenwert einer Position, an der die Kollisionsprüfung stattfinden wird, und sendet zu einem Zeitpunkt t_A den berechneten Koordinatenwert an den PC. Der PC, der zu einem Zeitpunkt t_B den Koordinatenwert erhalten hat, verwendet Modelle (zum Beispiel dreidimensionale Modelle) eines sich bewegenden Abschnitts und eines Hindernisses, die vorab gespeichert wurden, um zu prüfen, ob das Auftreten einer Kollision erwartet wird oder nicht, wenn der sich bewegende Abschnitt an die Position des gesendeten Koordinatenwerts bewegt wird. Dann wird zu einem Zeitpunkt t_C das Ergebnis der Kollisionsprüfung an die Steuervorrichtung gesendet. Die Steuervorrichtung, die zu einem Zeitpunkt t_D das Ergebnis der Kollisionsprüfung erhalten hat, bestimmt auf Basis des Ergebnisses der Kollisionsprüfung, ob die Bewegung des sich bewegenden Abschnitts angehalten werden soll oder nicht. Wenn es nötig ist, den sich bewegenden Abschnitt anzuhalten, wird zu einem Zeitpunkt t_E ein Prozess zum Anhalten des sich bewegenden Abschnitts begonnen. Dann wird zu einem Zeitpunkt t_F der sich bewegende Abschnitt angehalten.
Im Allgemeinen müssen beim Anhalten eines sich bewegenden Abschnitts auf Basis des Ergebnisses einer Kollisionsprüfung bei einer im Voraus vorgenommenen Kollisionsprüfung für einen späteren Koordinatenwert, an den sich der sich bewegende Abschnitt zukünftig bewegen wird, ein Zeitraum (t_C - t_B), der für die Kollisionsprüfung nötig ist, und ein Zeitraum (t_E - t_D), der für das Anhalten des sich bewegenden Abschnitts nötig ist, und zudem ein vorherbestimmter Spielraum berücksichtigt werden. Außerdem müssen bei der Steuervorrichtung und dem PC, die bei der Vornahme der Kollisionsprüfung miteinander zusammenwirken, die Kommunikationszeiträume (t_B - t_A) und (t_E - t_D), die zwischen der Steuervorrichtung und dem PC auftreten, berücksichtigt werden. Somit wird auf Seiten der Steuervorrichtung eine zukünftige Position (eine Vorhersageposition), die den Zielort, an den sich der sich bewegende Abschnitt nach dem Ablauf dieser Zeiträume bewegt haben wird, darstellt, als Koordinatenwert, der der Kollisionsprüfung unterzogen werden soll, berechnet und die Kollisionsprüfung an dieser zukünftigen Position auf Seiten des PCs vorgenommen.
Literaturliste
Patentliteratur
Patentliteraturbeispiel 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2008-027376
Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
Im Fall einer Kollisionsprüfung unter Mitwirkung eines PCs unter Verwendung einer zukünftigen Position muss die Steuervorrichtung zwei Arten von Daten, die gegenwärtige Position und die zukünftige Position, verwalten. Dies verursacht das Problem, dass der Prozess der Datenverwaltung komplex wird. Außerdem kann sich bei einem Bearbeitungsprogramm, das sich je nach dem Zustand der Bearbeitung oder dem Zustand von peripheren Vorrichtungen verzweigt, ein Vorhersagekandidat für eine zukünftige Position je nach den Umständen auf zwei oder mehr Kandidaten aufteilen. Wenn in einem solchen Fall die Vorhersage einer zukünftigen Position falsch ist, besteht das Problem, dass die Kollisionsprüfung nicht richtig vorgenommen werden kann. Außerdem gibt es auch Fälle, in denen eine Kollisionsprüfung unter Mitwirkung eines PCs vorgenommen werden soll, obwohl es nicht möglich ist, eine zukünftige Position vorherzusagen, wie etwa, wenn ein manueller Betrieb erfolgt.
Entsprechend besteht bei der Kollisionsprüfung unter Mitwirkung eines PCs ein Bedarf an einer Technologie, die ermöglicht, dass eine Kollisionsprüfung stattfindet, ohne dass eine zukünftige Position an einen PC gesendet werden muss.
Lösung des Problems
Die Steuervorrichtung nach der vorliegenden Offenbarung löst die obigen Probleme, indem sie das Konzept eines verbotenen Bewegungsausmaßes neu einführt und die Kollision auf Seiten der Steuervorrichtung auf Basis des verbotenen Bewegungsausmaßes, das durch eine Kollisionsprüfungsvorrichtung berechnet wurde, bestimmt.
Entsprechend handelt es sich bei einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung um eine Steuervorrichtung, die die Bewegung eines sich bewegenden Abschnitts einer Industriemaschine entlang einer Achse auf Basis eines Bearbeitungsprogramms steuert, wobei die Steuervorrichtung eine Kollisionsprüfung unter Zusammenwirkung mit einer Kollisionsprüfungsvorrichtung, die eine Kollision zwischen dem sich bewegenden Abschnitt und einem Hindernis prüft, vornimmt, wobei die Steuervorrichtung eine Befehlsanalyseeinheit, die einen Block des Bearbeitungsprogramms analysiert; eine Zuteilungsverarbeitungseinheit, die auf Basis eines Analyseergebnisses von der Befehlsanalyseeinheit für jeden Zuteilungszyklus ein zugeteiltes Bewegungsausmaß erzeugt, eine durch das zugeteilte Bewegungsausmaß aktualisierte Position des sich bewegenden Abschnitts berechnet und der Kollisionsprüfungsvorrichtung die berechnete Position meldet; und eine Kollisionsbestimmungseinheit, die auf Basis eines verbotenen Bewegungsausmaßes, das durch die Kollisionsprüfungsvorrichtung auf Basis der gemeldeten Position berechnet wurde, bestimmt, ob eine Kollision zwischen dem sich bewegenden Abschnitt und einem Hindernis erwartet wird oder nicht, wobei das verbotene Bewegungsausmaß eine Entfernung ist, in der wahrscheinlich eine Kollision verursacht werden wird, wenn sich der sich bewegende Abschnitt über diese Entfernung von der Position des sich bewegenden Abschnitts bewegen wird, aufweist, wobei die Bewegung des sich bewegenden Abschnitts angehalten wird, wenn durch die Kollisionsbestimmungsvorrichtung bestimmt wird, dass das Auftreten einer Kollision zwischen dem sich bewegenden Abschnitt und dem Hindernis erwartet wird.
Bei einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung handelt es sich um eine Kollisionsprüfungsvorrichtung, die eine Kollision zwischen einem sich bewegenden Abschnitt, der sich entlang einer Achse einer Industriemaschine bewegt, und einem Hindernis prüft, wobei die Kollisionsprüfungsvorrichtung eine Modelldatenspeichereinheit, die Modelle des sich bewegenden Abschnitts und des Hindernisses speichert; und eine Verbotenes-Bewegungsausmaß-Berechnungseinheit, die auf Basis einer Position des sich bewegenden Abschnitts, die von einer Steuervorrichtung, welche die Industriemaschine steuert, gemeldet wurde, und der Modelle des sich bewegenden Abschnitts und des Hindernisses, die in der Speichereinheit gespeichert sind, ein verbotenes Bewegungsausmaß berechnet, das wahrscheinlich eine Kollision verursachen wird, wenn sich der sich bewegende Abschnitt um das verbotene Bewegungsausmaß von der Position des sich bewegenden Abschnitts bewegen wird, aufweist, wobei das berechnete verbotene Bewegungsausmaß an die Steuervorrichtung gesendet wird.
Bei einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung handelt es sich um ein Steuersystem, in dem eine Steuervorrichtung und eine Kollisionsprüfungsvorrichtung zusammenwirken, um eine Kollisionsprüfung vorzunehmen, wobei die Steuervorrichtung die Bewegung eines sich bewegenden Abschnitts einer Industriemaschine entlang einer Achse auf Basis eines Bearbeitungsprogramms steuert und die Kollisionsprüfungsvorrichtung eine Kollision zwischen dem sich bewegenden Abschnitt und einem Hindernis prüft. Bei dem Steuersystem weist die Kollisionsprüfungsvorrichtung eine Modelldatenspeichereinheit, die Modelle des sich bewegenden Abschnitts und des Hindernisses speichert, und eine Verbotenes-Bewegungsausmaß-Berechnungseinheit, die auf Basis einer Position des sich bewegenden Abschnitts, die von der Steuervorrichtung gemeldet wurde, und der Modelle des sich bewegenden Abschnitts und des Hindernisses, die in der Speichereinheit gespeichert sind, ein verbotenes Bewegungsausmaß berechnet, das wahrscheinlich eine Kollision verursachen wird, wenn sich der sich bewegende Abschnitt um das verbotene Bewegungsausmaß von der Position des sich bewegenden Abschnitts bewegen wird, auf, weist die Steuervorrichtung eine Befehlsanalyseeinheit, die einen Block des Bearbeitungsprogramms analysiert, eine Zuteilungsverarbeitungseinheit, die auf Basis eines Analyseergebnisses von der Befehlsanalyseeinheit für jeden Zuteilungszyklus ein zugeteiltes Bewegungsausmaß erzeugt, eine durch das zugeteilte Bewegungsausmaß aktualisierte Position des sich bewegenden Abschnitts berechnet, und der Kollisionsprüfungsvorrichtung die berechnete Position meldet, und eine Kollisionsbestimmungseinheit, die auf Basis des verbotenen Bewegungsausmaßes, das durch die Verbotenes-Bewegungsausmaß-Berechnungseinheit berechnet wurde, bestimmt, ob eine Kollision zwischen dem sich bewegenden Abschnitt und einem Hindernis erwartet wird oder nicht, auf, und wird die Bewegung des sich bewegenden Abschnitts angehalten, wenn durch die Kollisionsbestimmungsvorrichtung bestimmt wird, dass das Auftreten einer Kollision zwischen dem sich bewegenden Abschnitt und dem Hindernis erwartet wird.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung ermöglicht, dass eine Kollisionsprüfung unter Zusammenwirkung mit einem PC stattfindet, ohne dass eine zukünftige Position an den PC gesendet werden muss.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1: 1 ist ein schematisches Hardwareaufbaudiagramm einer Steuervorrichtung und einer Kollisionsprüfungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2: 2 ist ein schematisches Blockdiagramm, das Funktionen der Steuervorrichtung und der Kollisionsprüfungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
3: 3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für einen sich bewegenden Abschnitt und ein Hindernis zeigt.
4: 4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem der sich bewegende Abschnitt in eine Y-Achsen-Richtung bewegt wird.
5: 5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem der sich bewegende Abschnitt in eine X-Achsen-Richtung bewegt wird.
6: 6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem der sich bewegende Abschnitt in eine B-Achsen-Richtung bewegt wird.
7: 7 ist ein Sequenzdiagramm, das einen Ablauf der Kollisionsprüfung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
8A: 8A ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Beziehung zwischen einer tatsächlichen Position und einer gegenwärtigen Position des sich bewegenden Abschnitts zeigt, wenn die gegenwärtige Position berechnet wird.
8B: 8B ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Beziehung zwischen einer tatsächlichen Position, einer gegenwärtigen Position und einer Prüfungsposition des sich bewegenden Abschnitts zeigt, wenn das verbotene Bewegungsausmaß berechnet wird.
8C: 8c ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Beziehung zwischen einer tatsächlichen Position, einer gegenwärtigen Position, einer Prüfungsposition und einer Kollisionsposition des sich bewegenden Abschnitts zeigt, wenn eine Kollision bestimmt wird.
8D: 8D ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Beziehung zwischen einer tatsächlichen Position, einer gegenwärtigen Position, einer Prüfungsposition und einer Kollisionsposition des sich bewegenden Abschnitts zeigt, wenn der sich bewegende Abschnitt angehalten wurde.
9: 9 ist ein Blockdiagramm, das ein Abwandlungsbeispiel für die Steuervorrichtung und die Kollisionsprüfungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
10: 10 ist ein Diagramm, das eine Kollision zwischen einem sich bewegenden Abschnitt und einem Hindernis zeigt.
11: 11 ist ein Sequenzdiagramm, das eine Ablauf einer Kollisionsprüfung unter Mitwirkung eines PCs zeigt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird nachstehend eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.
1 ist ein schematisches Hardwareaufbaudiagramm, das einen Hauptabschnitt einer Steuervorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Eine Steuervorrichtung 1 der vorliegenden Erfindung bildet zusammen mit einer Kollisionsprüfungsvorrichtung 2, die an einem Personal Computer, der der Steuervorrichtung 1 angegliedert ist, umgesetzt ist, ein Steuersystem 4. Die Steuervorrichtung 1 steuert eine Industriemaschine 3 wie zum Beispiel eine Werkzeugmaschine oder ein Bearbeitungszentrum.
Eine CPU 11 der Steuervorrichtung 1 nach der vorliegenden Ausführungsform ist ein Prozessor, der die Steuervorrichtung 1 als Ganzes steuert. Die CPU 11 liest ein Systemprogramm, das in einem ROM 12 gespeichert ist, über einen Bus 22 und steuert die gesamte Steuervorrichtung 1 gemäß dem Systemprogramm. Ein RAM 13 speichert temporäre Berechnungsdaten oder Anzeigedaten, verschiedene Daten, die von außen eingegeben wurden, und dergleichen vorübergehend.
Ein nichtflüchtiger Speicher 14 ist zum Beispiel durch einen Speicher, der durch eine Batterie (nicht dargestellt) gestützt wird, ein Solid-State-Laufwerk (SSD) oder dergleichen gebildet, wobei sein Speicherzustand auch dann beibehalten wird, wenn die Steuervorrichtung 1 ausgeschaltet ist. Der nichtflüchtige Speicher 14 speichert ein Steuerprogramm oder Daten, das/die von einer externen Vorrichtung 72 über eine Schnittstelle 15 geladen wurde(n), ein Steuerprogramm oder Daten, das/die über eine Schnittstelle 18 von einer Eingabevorrichtung 71 eingegeben wurde(n), ein Steuerprogramm oder Daten, das/die über ein Netzwerk 5 von anderen Vorrichtungen wie etwa einem Fog-Computer 6 oder einem Cloud-Server 7 erlangt wurde(n), oder dergleichen. Die Daten, die in dem nichtflüchtigen Speicher 14 gespeichert werden, können zum Beispiel Daten bezüglich eines Maschinenaufbaus der Industriemaschine 3, Daten bezüglich eines Hindernisses wie etwa eines Werkstücks oder einer Haltevorrichtung, Daten bezüglich einer Bewegung eines sich bewegenden Abschnitts entlang jeder Achse, andere Daten bezüglich jeweiliger physikalischer Größen, die durch an der Industriemaschine 3 angebrachte Sensoren (nicht dargestellt) detektiert wurden, oder dergleichen umfassen. Das Steuerprogramm oder die Daten, das/die in dem nichtflüchtigen Speicher 14 gespeichert wurde(n), kann/können während der Ausführung/während der Verwendung in den RAM 13 geladen werden. Ferner sind verschiedene Systemprogramme wie etwa ein bekanntes Analyseprogramm vorab in den ROM 12 geschrieben
Die Schnittstelle 15 ist eine Schnittstelle, um die CPU 11 der Steuervorrichtung 1 und die externe Vorrichtung 72 wie etwa ein externes Speichermedium miteinander zu verbinden. Von Seiten der externen Vorrichtung 72 werden zum Beispiel ein Steuerprogramm, Einrichtungsdaten oder dergleichen, die für die Steuerung der Industriemaschine 3 verwendet werden, geladen. Außerdem können ein Steuerprogramm, Einrichtungsdaten oder dergleichen, die in der Steuervorrichtung 1 bearbeitet wurden, über die externe Vorrichtung 72 in einem externen Speichermedium wie etwa einer CF-Karte, einem USB-Speicher oder dergleichen (nicht dargestellt) gespeichert werden. Eine programmierbare Logiksteuerung (PLC) 16 führt ein Leiterprogramm aus, um Signale über eine E/A-Einheit 19 mit der Industriemaschine 3 und peripheren Vorrichtungen der Industriemaschine 3 (zum Beispiel einem Werkzeugwechsler, einem Aktuator wie etwa einen Roboter, einem Sensor, der an der Industriemaschine 3 angebracht ist, oder dergleichen) auszutauschen und diese zu steuern. Außerdem erhält die PLC 16 Signale von verschiedenen Schaltern an einem Bedienfeld, das an dem Körper der Industriemaschine 3 eingerichtet ist, einer peripheren Vorrichtung oder dergleichen, nimmt an den Signalen eine erforderliche Signalverarbeitung vor, und gibt die Signale dann an die CPU 11 weiter.
Eine Schnittstelle 20 ist eine Schnittstelle, um die CPU der Steuervorrichtung 1 und die Kollisionsprüfungsvorrichtung 2 über eine drahtgebundene oder drahtlose Verbindung miteinander zu verbinden. Die Verbindung zwischen der Steuervorrichtung 1 und der Kollisionsprüfungsvorrichtung 2 kann eine Kommunikationsverbindung unter Verwendung einer Technologie wie etwa zum Beispiel einer seriellen Kommunikation wie RS485, einer Ethernet(eingetragenes Warenzeichen)-Kommunikation, einer optischen Kommunikation, eines drahtlosen LAN, Wi-Fi (eingetragenes Warenzeichen), Bluetooth (eingetragenes Warenzeichen) oder dergleichen sein. Die Steuervorrichtung 1 tauscht Daten über die Schnittstelle 20 interaktiv mit der Kollisionsprüfungsvorrichtung 2 aus.
Verschiedene Daten, die in den Speicher geladen wurden, Daten, die als Ergebnis der Ausführung eines Programms oder dergleichen erhalten wurden, oder dergleichen werden über eine Schnittstelle 17 ausgegeben und an einer Anzeigevorrichtung 70 angezeigt. Außerdem gibt die Eingabevorrichtung 71, die durch eine Tastatur, eine Zeigevorrichtung oder dergleichen gebildet ist, Befehle, Daten oder dergleichen, die auf einer von einem Betreiber vorgenommenen Betätigung beruhen, über die Schnittstelle 18 an die CPU 11 weiter.
Eine Achsensteuerschaltung 30 zum Bewegen eines sich bewegenden Abschnitts der Industriemaschine 3 erhält Bewegungsbefehlsausmaße von der CPU 11 und gibt jeweils Bewegungsbefehle an Servoverstärker 40 aus. Die Servoverstärker 40 erhalten diese Befehle und treiben jeweils Servomotoren 50 der Industriemaschine 3 an. Jeder Servomotor 50 weist einen eingebauten Positions- und Geschwindigkeitsdetektor auf und meldet ein Positions- und Geschwindigkeitsrückmeldesignal von dem Positions- und Geschwindigkeitsdetektor an die Achsensteuerschaltung 30 zurück, um eine Rückmeldesteuerung der Position und der Geschwindigkeit vorzunehmen. Obwohl in dem Hardwareaufbaudiagramm von 1 nur eine Achsensteuerschaltung 30, ein Servoverstärker 40 und ein Servomotor 50 dargestellt sind, ist zu beachten, dass diese Komponenten in der gleichen Anzahl wie jener der sich bewegenden Abschnitte der Industriemaschine 3, die bei der tatsächlichen Umsetzung gesteuert werden soll, bereitgestellt sein können.
Eine Spindelsteuerschaltung 60 erhält einen Spindeldrehbefehl und gibt ein Spindelgeschwindigkeitssignal an einen Spindelverstärker 61 aus. Der Spindelverstärker 61 erhält das Spindelgeschwindigkeitssignal und dreht einen Spindelmotor 62 der Industriemaschine mit der befohlenen Drehgeschwindigkeit, um ein Werkzeug anzutreiben. Ein Positionscodierer 63 ist mit dem Spindelmotor 62 gekoppelt, wobei der Positionscodierer 63 in Synchronisation mit der Drehung der Spindel Rückmeldeimpulse ausgibt und die Rückmeldeimpulse durch die CPU 11 gelesen werden.
Andererseits ist die Kollisionsprüfungsvorrichtung 2 nach der vorliegenden Ausführungsform an einem PC, der der Steuervorrichtung 1 angegliedert ist, umgesetzt. Eine CPU 211 der Kollisionsprüfungsvorrichtung 2 ist ein Prozessor, der die Kollisionsprüfungsvorrichtung 2 als Ganzes steuert. Die CPU 211 liest ein Systemprogramm, das in einem ROM 212 gespeichert ist, über einen Bus 222 und steuert die gesamte Kollisionsprüfungsvorrichtung 2 gemäß dem Systemprogramm. Ein RAM 213 speichert temporäre Berechnungsdaten oder Anzeigedaten, verschiedene Daten, die von außen eingegeben wurden, und dergleichen vorübergehend.
Ein nichtflüchtiger Speicher 214 ist zum Beispiel durch einen Speicher, der durch eine Batterie (nicht dargestellt) gestützt wird, ein Solid-State-Laufwerk (SSD) oder dergleichen gebildet, wobei sein Speicherzustand auch dann beibehalten wird, wenn die Kollisionsprüfungsvorrichtung 2 ausgeschaltet ist. Der nichtflüchtige Speicher 214 speichert Daten, die von der Steuervorrichtung 1 über eine Schnittstelle 220 erlangt wurden, Daten oder ein Programm, die/das über eine Schnittstelle 215 von einer externen Vorrichtung geladen wurde(n), Daten oder ein Programm, die/das von einer Eingabevorrichtung 271 eingegeben wurde(n), oder dergleichen. Die Daten oder das Programm, die/das in dem nichtflüchtigen Speicher 214 gespeichert wurde(n), können/kann während der Ausführung/während der Verwendung in den RAM 213 geladen werden. Ferner sind verschiedene Systemprogramme wie etwa ein bekanntes Verarbeitungsprogramm oder Analyseprogramm, 3D-Simulationsprogramm oder dergleichen vorab in den ROM 212 geschrieben.
Die Schnittstelle 215 ist eine Schnittstelle, um die CPU 211 der Kollisionsprüfungsvorrichtung 2 und die externe Vorrichtung 272 wie etwa eine USB-Vorrichtung miteinander zu verbinden. Von Seiten der externen Vorrichtung 272 können zum Beispiel ein Programm, jeweilige Parameter oder dergleichen, die für die Analyse verwendet werden, geladen werden. Außerdem können ein Programm, jeweilige Parameter oder dergleichen, die in der Kollisionsprüfungsvorrichtung 2 bearbeitet wurden, über die externe Vorrichtung 272 in einer externen Speichervorrichtung gespeichert werden.
Die Schnittstelle 220 ist eine Schnittstelle, um die CPU 211 der Kollisionsprüfungsvorrichtung 2 und die Steuervorrichtung 1 über eine drahtgebundene oder drahtlose Verbindung miteinander zu verbinden. Die Kollisionsprüfungsvorrichtung 2 tauscht Daten über die Schnittstelle 220 interaktiv mit der Steuervorrichtung 1 aus.
Verschiedene Daten, die in den Speicher geladen wurden, Daten, die als Ergebnis der Ausführung eines Bearbeitungsprogramms, eines Systemprogramms oder dergleichen erhalten wurden, oder dergleichen werden über eine Schnittstelle 217 ausgegeben und an einer Anzeigevorrichtung 270 angezeigt. Außerdem gibt die Eingabevorrichtung 271, die durch eine Tastatur, eine Zeigevorrichtung oder dergleichen gebildet ist, Befehle, Daten oder dergleichen, die auf einer von einem Betreiber vorgenommenen Betätigung beruhen, über eine Schnittstelle 218 an die CPU 211 weiter.
2 zeigt die Funktionen der Steuervorrichtung 1 nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als schematisches Blockdiagramm. Die jeweiligen Funktionen der Steuervorrichtung 1 nach der vorliegenden Ausführungsform werden umgesetzt, wenn die CPU 11 der Steuervorrichtung 1, die in 1 dargestellt ist, das Systemprogramm ausführt, um den Betrieb der jeweiligen Einheiten der Steuervorrichtung 1 zu steuern.
Die Steuervorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform weist eine Befehlsanalyseeinheit 110, eine Zuteilungsverarbeitungseinheit 115, eine Bewegungsbefehlsausgabeeinheit 120, eine Beschleunigungs-/Verlangsamungsverarbeitungseinheit 125, eine Servosteuereinheit 130 und eine Kollisionsbestimmungseinheit 135 auf. Außerdem weist die Kollisionsprüfungsvorrichtung 2 eine Verbotenes-Bewegungsausmaß-Berechnungseinheit 210 auf. Überdies ist in dem RAM 13 oder dem nichtflüchtigen Speicher 14 der Steuervorrichtung 1 vorab ein Bearbeitungsprogramm 180 gespeichert, das für die Steuerung der Industriemaschine 3 verwendet wird.
Die Befehlsanalyseeinheit 110 liest Befehle auf einer Blockbasis von dem Bearbeitungsprogramm 180 und analysiert die Befehle, um Daten in einem Ausführungsformat zu erzeugen. Die Befehlsanalyseeinheit 110 gibt die Daten in dem Ausführungsformat an die Zuteilungsverarbeitungseinheit 115 aus.
Die Zuteilungsverarbeitungseinheit 115 berechnet auf Basis der Daten in dem Ausführungsformat, die von der Befehlsanalyseeinheit 110 eingegeben wurden, für jeden Zuteilungszyklus ein zugeteiltes Bewegungsausmaß, um die einzelnen Achsen mit dem befohlenen Bewegungsausmaß und der befohlenen Geschwindigkeit zu bewegen. Die Zuteilungsverarbeitungseinheit 115 gibt das berechnete zugeteilte Bewegungsausmaß an die Bewegungsbefehlsausgabeeinheit 120 und die Verbotenes-Bewegungsausmaß-Berechnungseinheit 210 der Kollisionsprüfungsvorrichtung 2 aus.
Ferner aktualisiert die Zuteilungsverarbeitungseinheit 115 die Information hinsichtlich der gegenwärtigen Position auf jeder Achse der Industriemaschine 3, die in einem Gegenwärtige-Positions-Register (nicht dargestellt) gespeichert ist, durch Hinzuaddieren des berechneten zugeteilten Bewegungsausmaßes. Dann wird die aktualisierte Information hinsichtlich der gegenwärtigen Position als Prüfungsposition an die Kollisionsbestimmungseinheit 135 und die Verbotenes-Bewegungsausmaß-Berechnungseinheit 210 der Kollisionsprüfungsvorrichtung 2 ausgegeben.
Die Bewegungsbefehlsausgabeeinheit 120 gibt das zugeteilte Bewegungsausmaß, das durch die Zuteilungsverarbeitungseinheit 115 berechnet wurde, an die Beschleunigungs-/Verlangsamungsverarbeitungseinheit 125 aus. Und wenn die Kollisionsbestimmungseinheit 135 bestimmt, dass das Auftreten einer Kollision erwartet wird, hält die Bewegungsbefehlsausgabeeinheit 120 die Ausgabe des zugeteilten Bewegungsausmaßes an die Beschleunigungs-/Verlangsamungsverarbeitungseinheit 125 an.
Die Beschleunigungs-/Verlangsamungsverarbeitungseinheit 125 nimmt an dem zugeteilten Bewegungsausmaß, das von der Bewegungsbefehlsausgabeeinheit 120 eingegeben wurde, einen vorherbestimmten Beschleunigungs-/Verlangsamungsprozess vor. Dann wird das zugeteilte Bewegungsausmaß, das dem Beschleunigungs-/Verlangsamungsprozess unterzogen wurde, an die Servosteuereinheit 130 ausgegeben.
Dann treibt die Servosteuereinheit 130 den Servomotor 50, der an der Industriemaschine 3 eingerichtet, auf Basis des eingegebenen zugeteilten Bewegungsmaßes gesteuert an.
Die Kollisionsbestimmungseinheit 135 bestimmt auf Basis der Prüfungsposition, die von der Zuteilungsverarbeitungseinheit 115 vorwärtsgerichtet eingegeben wurde, und des verbotenen Bewegungsausmaßes auf jeder Achse, das von der Kollisionsprüfungsvorrichtung 2 eingegeben wurde, ob bei der Bewegung des sich bewegenden Abschnitts der Industriemaschine 3 eine Kollision erwartet wird oder nicht. Genauer vergleicht die Kollisionsbestimmungseinheit 135 das zugeteilte Bewegungsausmaß auf jeder Achse ab der Prüfungsposition, das von der Zuteilungsverarbeitungseinheit 115 eingegeben wurde (das zugeteilte Bewegungsausmaß, das durch die Zuteilungsverarbeitungseinheit berechnet wurde), mit dem verbotenen Bewegungsausmaß auf jeder Achse ab der Prüfungsposition, das von der Kollisionsprüfungsvorrichtung 2 eingegeben wurde. Wenn das zugeteilte Bewegungsausmaß gleich oder größer als das verbotene Bewegungsausmaß ist, wird bestimmt, dass das Auftreten einer Kollision erwartet wird. Wenn bestimmt wird, dass das Auftreten einer Kollision erwartet wird, gibt die Kollisionsbestimmungseinheit 135 die Bestimmung an die Bewegungsbefehlsausgabeeinheit 120 aus.
Anderseits werden die einzelnen Funktionen der Kollisionsprüfungsvorrichtung 2 nach der vorliegenden Ausführungsform umgesetzt, wenn die CPU 211 der Kollisionsprüfungsvorrichtung 2, die in 1 dargestellt ist, das Systemprogramm ausführt, um den Betrieb einer jeden Einheit der Kollisionsprüfungsvorrichtung 2 zu steuern. Die Kollisionsprüfungsvorrichtung 2 der vorliegenden Ausführungsform weist die Verbotenes-Bewegungsausmaß-Berechnungseinheit 210 auf. Außerdem ist in dem RAM 213 oder dem nichtflüchtigen Speicher 214 der Kollisionsprüfungsvorrichtung 2 vorab eine Modelldatenspeichereinheit 280 vorbereitet, die Modelle speichert, welche die Formen des sich bewegenden Abschnitts der Industriemaschine 3 und von Hindernissen wie etwa einem Werkstück, einem Tisch, einer Haltevorrichtung oder dergleichen angeben.
Die Verbotenes-Bewegungsausmaß-Berechnungseinheit 210 führt auf Basis der Modelle des sich bewegenden Abschnitts und von Hindernissen, die in der Modelldatenspeichereinheit 280 gespeichert sind, einen einfachen Simulationsprozess durch. Dann berechnet die Verbotenes-Bewegungsausmaß-Berechnungseinheit 210 ein verbotenes Bewegungsausmaß, das angibt, über welche Entfernung sich der sich bewegende Abschnitt bewegen kann, bevor der sich bewegende Abschnitt wahrscheinlich mit dem Hindernis kollidiert, wenn sich der sich bewegende Abschnitt ab der Prüfungsposition entlang jeder Achse bewegt. Die Verbotenes-Bewegungsausmaß-Berechnungseinheit 210 sendet das berechnete verbotene Bewegungsausmaß auf jeder Achse an die Steuervorrichtung 1.
Unter Bezugnahme auf 3 bis 6 wird ein durch die Verbotenes-Bewegungsausmaß-Berechnungseinheit 210 durchgeführtes Verfahren zum Berechnen eines verbotenen Bewegungsausmaßes beschrieben werden. 3 ist ein Diagramm, in dem eine Spindel 301, an der ein Werkzeug 303 als sich bewegender Abschnitt angebracht ist, und ein Tisch 305, ein Werkstück 309 und eine Haltevorrichtung 307, die das Werkstück 309 fixiert, als Hindernisse angeordnet sind. Die Verbotenes-Bewegungsausmaß-Berechnungseinheit 210 führt einen Simulationsprozess durch, um die Positionsbeziehung zwischen dem sich bewegenden Abschnitt, der sich an der Prüfungsposition befindet, und den Hindernissen zu berechnen. 3 zeigt einen Fall, in dem sich der sich bewegende Abschnitt an der von der Zuteilungsverarbeitungseinheit 115 an die Verbotenes-Bewegungsausmaß-Berechnungseinheit 210 ausgegebenen gegenwärtigen Position befindet.
Als nächstes berechnet die Verbotenes-Bewegungsausmaß-Berechnungseinheit 210 für jede Achse eine Entfernung, über die der sich bewegende Abschnitt während einer vorherbestimmten Prüfungszeitbreite Tw, die vorab definiert wurde, ab der Prüfungsposition bewegt werden kann. Beispielsweise wird angenommen, dass der sich bewegende Abschnitt vorab so eingerichtet wurde, dass er mit einer zulässigen Geschwindigkeit v_ymax in der Y-Achsen-Richtung beweglich ist. In einem solchen Fall kann sich der sich bewegende Abschnitt während der Prüfungszeitbreite Tw über eine Entfernung von v_ymax in der Y-Achsen-Richtung bewegen. Entsprechend simuliert die Verbotenes-Bewegungsausmaß-Berechnungseinheit 210, wie in 4 als Beispiel dargestellt ist, ob eine Kollision mit einem Hindernis auftritt oder nicht, wenn sich der sich bewegende Abschnitt an eine Position bewegt, die entlang der Y-Achsen-Richtung um eine Entfernung von ±v_ymax × T_W von der Prüfungsposition entfernt ist. Genauer wird der sich bewegende Abschnitt zum Beispiel in vorherbestimmten Intervallen Δd_y, die vorab definiert wurden, innerhalb eines Bereichs der Entfernung von v_ymax × T_W bewegt und an den jeweiligen Positionen eine Simulation durchgeführt. Dann wird in den jeweiligen Fällen bestimmt, ob eine Kollision auftritt oder nicht, um einen Bereich der Entfernung zu finden, für den erwartet wird, dass keine Kollision auftritt. Eine solche Entfernung, für die erwartet wird, dass keine Kollision auftritt, kann als das verbotene Bewegungsausmaß berechnet werden. Da bei dem Beispiel von 4 auch dann keine Kollision zwischen dem sich bewegenden Abschnitt und dem Hindernis auftritt, wenn der sich bewegende Abschnitt über eine Entfernung von ±v_ymax × T_W entlang der Y-Achse bewegt wird, wird kein verbotenes Bewegungsausmaß in der Y-Achsen-Richtung berechnet (besteht auf der Y-Achse sowohl in der positiven als auch in der negativen Richtung keine Beschränkung).
Wenn der sich bewegende Abschnitt im Gegensatz dazu mit einer zulässigen Geschwindigkeit v_xmax in der X-Achsen-Richtung beweglich ist, kann sich der sich bewegende Abschnitt während der Prüfungszeitbreite Tw über eine Entfernung von v_xmax × T_W in der X-Achsen-Richtung bewegen. Entsprechend simuliert die Verbotenes-Bewegungsausmaß-Berechnungseinheit 210, wie in 5 als Beispiel dargestellt ist, ob eine Kollision mit einem Hindernis auftritt oder nicht, wenn sich der sich bewegende Abschnitt an eine Position bewegt, die entlang der X-Achsen-Richtung um eine Entfernung von ±v_xmax × T_W von der Prüfungsposition entfernt ist. Wenn der sich bewegende Abschnitt bei dem Beispiel von 5 über eine Entfernung von ±v_xmax × T_W entlang der X-Achse bewegt wird, wird zu einem Zeitpunkt, zu dem sich der sich bewegende Abschnitt auf der X-Achse um -d_xcol in die negative Richtung bewegt hat, eine Kollision auftreten. In einem solchen Fall berechnet die Verbotenes-Bewegungsausmaß-Berechnungseinheit 210 das verbotene Bewegungsausmaß in der negativen X-Achsen-Richtung als d_xcol (in der positiven X-Achsen-Richtung besteht keine Beschränkung).
Die Verbotenes-Bewegungsausmaß-Berechnungseinheit 210 berechnet das verbotene Bewegungsausmaß nicht nur für eine lineare Achse, sondern auch für eine Drehachse. Beispielsweise soll, wie in 6 beispielhaft dargestellt ist, ein Fall betrachtet werden, in dem in einer Industriemaschine 3, die eine B-Achse aufweist, ein verbotenes Bewegungsausmaß auf der B-Achse berechnet wird. Wenn die B-Achse bei diesem Beispiel mit einer zulässigen Winkelgeschwindigkeit von ω_amax drehbar ist, kann sich der sich bewegende Abschnitt während der Prüfungszeitbreite Tw um einen Winkel von ω_amax × Tw in der B-Achsen-Richtung drehen. Wie in 6 beispielhaft dargestellt ist, simuliert die Verbotenes-Bewegungsausmaß-Berechnungseinheit 210, ob eine Kollision mit einem Hindernis auftritt oder nicht, wenn sich der sich bewegende Abschnitt ab der Prüfungsposition um einen Winkel von ±ω_amax × T_W entlang der B-Achse dreht. Wenn der sich bewegende Abschnitt bei dem Beispiel von 6 um einen Winkel von ±ω_amax × Tw entlang der B-Achsen-Richtung gedreht wird, wird zu einem Zeitpunkt, zu dem sich der sich bewegende Abschnitt um -d_acol in die negative B-Achsen-Richtung gedreht hat, eine Kollision auftreten. In einem solchen Fall berechnet die Verbotenes-Bewegungsausmaß-Berechnungseinheit 210 das verbotene Bewegungsausmaß in der negativen B-Achsen-Richtung als d_acol (in der positiven B-Achsen-Richtung besteht keine Beschränkung).
Es ist zu beachten, dass bei dem oben beschriebenen Verfahren zum Berechnen eines verbotenen Bewegungsausmaßes kein Bereich einer kombinierten Bewegung auf jeweiligen Achsen der Industriemaschine 3 betrachtet wird. Daher ist es nicht möglich, eine Kollision in einem engeren Sinn zu prüfen. Doch durch Festlegen eines kleineren Werts für Tw, das als Zeitbereich der Kollisionsprüfung festgelegt wird, ist es möglich, die Kollisionsprüfung mit einer ausreichenden Genauigkeit durchzuführen. Zum Beispiel ist es durch Begrenzen von Tw auf einige hundert Millisekunden oder weniger möglich, die Kollisionsprüfung mit einer solchen Genauigkeit durchzuführen, dass eine Kollision, die bei einer Bearbeitung mit einer typischen Werkzeugmaschine auftreten kann, vermieden werden kann. Bei diesem Verfahren wird der Berechnungsumfang, der für die Kollisionsprüfung erforderlich ist, verglichen mit einem Fall, in dem bei der Vornahme der Kollisionsprüfung der Bereich der kombinierten Bewegung auf jeweiligen Achsen berücksichtigt wird, deutlich verringert. Wenn das oben beschriebene Verfahren zum Berechnen des verbotenen Bewegungsausmaßes eingesetzt wird, kann der PC, der für die Interferenzprüfungsvorrichtung 2 verwendet wird, daher verhältnismäßig billig sein und können die Einführungskosten als Ganzes reduziert werden.
Wenn eine Industriemaschine 3 mit einer geringen Anzahl von Achsen das Ziel darstellt, kann natürlich eine präzise Kollisionsprüfung, die ein kombiniertes Bewegungsausmaß auf jeweiligen Achsen berücksichtigt, durchgeführt werden, da der Berechnungsumfang in der Kollisionsprüfungsvorrichtung 2 ausreichend gering ist. Und durch Einrichten der Kollisionsprüfungsvorrichtung 2 in einem Hochleistungs-PC kann der Hochleistungs-PC auch bei einer großen Anzahl von Achsen dazu gebracht werden, ein präziseres verbotenes Bewegungsausmaß, das ein kombiniertes Bewegungsausmaß auf jeweiligen Achsen berücksichtigt, zu berechnen, und als Teil der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Im Fall einer solchen Ausführung kann das verbotene Bewegungsausmaß auf jeder Achse in der Form einer Funktion erzeugt werden, deren Wert sich je nach den Bereichen der Bewegungsausmaße der anderen Achsen verändert, und an die Steuervorrichtung 1 ausgegeben werden.
Es ist erwünscht, dass die Verbotenes-Bewegungsausmaß-Berechnungseinheit 210 als Sicherheitsmaßnahme einen Wert berechnet, der um ein vorab definiertes vorherbestimmtes Spielraumausmaß kleiner als das verbotene Bewegungsausmaß ist. Zum Beispiel kann die Verbotenes-Bewegungsausmaß-Berechnungseinheit 210 bei dem oben beschriebenen Beispiel für das verbotene Bewegungsausmaß in der negativen-X-Achsen-Richtung d_xcol - M_x (M_x ist ein Spielraumausmaß auf der X-Achse), für das verbotene Bewegungsausmaß in der negativen B-Achsen-Richtung d_acol - M_a(M_a ist ein Spielraumausmaß auf der B-Achse) oder dergleichen berechnen.
,7 ist ein Sequenzdiagramm, das einen Ablauf des Kollisionsprüfungsprozesses in dem Steuersystem 4, in dem die Steuervorrichtung 1 und die Kollisionsprüfungsvorrichtung 2 wie oben beschrieben zusammenwirken, zeigt. Wenn die Steuervorrichtung 1 und die Kollisionsprüfungsvorrichtung 2 miteinander zusammenwirken, um eine Kollisionsprüfung vorzunehmen, berechnet die Steuervorrichtung 1 einen Koordinatenwert einer Position, an der die Kollisionsprüfung stattfinden wird, und sendet zu dem Zeitpunkt t_A den berechneten Koordinatenwert an die Kollisionsprüfungsvorrichtung 2. Die Kollisionsprüfungsvorrichtung 2, die zu dem Zeitpunkt t_B den Koordinatenwert der Prüfungsposition erhalten hat, verwendet Modelle des sich bewegenden Abschnitts und des Hindernisses, die vorab gespeichert wurden, um zu prüfen, ob in einem Bereich, in dem sich der sich bewegende Abschnitt während einer vorherbestimmten Prüfungszeitbreite Tw von dem gesendeten Koordinatenwert der Prüfungsposition entlang jeder Achse bewegen kann, das Auftreten einer Kollision erwartet wird oder nicht. Dann wird auf Basis des Prüfungsergebnisses ein verbotenes Bewegungsausmaß auf jeder Achse berechnet. Das berechnete verbotene Bewegungsausmaß für jede Achse wird zu dem Zeitpunkt tc an die Steuervorrichtung 1 gesendet. Die Steuervorrichtung 1, die zu dem Zeitpunkt T_D das verbotene Bewegungsausmaß für jede Achse erhalten hat, vergleicht ein gegenwärtig ausgegebenes zugeteiltes Bewegungsausmaß für jede Achse mit dem verbotenen Bewegungsausmaß und bestimmt, ob das Auftreten einer Kollision erwartet wird oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass das Auftreten einer Kollision erwartet wird, wird zu dem Zeitpunkt T_E ein Prozess zum Anhalten des sich bewegenden Abschnitts begonnen. Dann wird zu dem Zeitpunkt T_F der sich bewegende Abschnitt angehalten.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 8A bis 8D die Beziehung zwischen einer tatsächlichen Position des sich bewegenden Abschnitts in der Industriemaschine 3, einer gegenwärtigen Position des sich bewegenden Abschnitts, die in einem Gegenwärtige-Positions-Register der Steuervorrichtung 1 festgelegt ist, und einer Prüfungsposition, die durch die Kollisionsprüfungsvorrichtung 2 geprüft wird, zu einzelnen Zeitpunkten während der Vornahme der Kollisionsprüfung beschrieben werden. Es ist zu beachten, dass in 8A bis 8D jeder Pfeil einen durch das Bearbeitungsprogramm 180 befohlenen Bewegungspfad 405 des sich bewegenden Abschnitts darstellt. Außerdem stellt jeder schwarze Kreis eine tatsächliche Position 410 des Bewegungspfads dar, jeder weiße Kreis eine gegenwärtige Position 415 des Bewegungspfads, die in dem Gegenwärtige-Positions-Register festgelegt ist, dar, jedes weiße Dreieck eine Prüfungsposition 420 dar und jedes schwarze Quadrat eine Kollisionsposition 425 dar.
8A ist ein Diagramm, das die Positionsbeziehung zwischen der tatsächlichen Position 410 und der gegenwärtigen Position 415 zu dem in 7 gezeigten Zeitpunkt t_A zeigt. Wie ebenfalls oben beschrieben wurde, wird die gegenwärtige Position des sich bewegenden Abschnitts, die in dem Gegenwärtige-Positions-Register festgelegt ist, zu dem Zeitpunkt t_A auf Basis des zugeteilten Bewegungsausmaßes aktualisiert. Dann wird die aktualisierte gegenwärtige Position als Prüfungsposition an die Kollisionsprüfungsvorrichtung 2 ausgegeben. Wie in 8A als Beispiel dargestellt ist, ist die tatsächliche Position 410 des sich bewegenden Abschnitts der Industriemaschine 3 stets von der aktualisierten gegenwärtigen Position 415 in der Steuervorrichtung 1 verzögert, während sich der sich bewegende Abschnitt in Bewegung befindet.
8B ist ein Diagramm, das die Positionsbeziehung zwischen der tatsächlichen Position 410, der gegenwärtigen Position 415 und der Prüfungsposition 420 zu dem Zeitpunkt t_B zeigt. Bevor die von der Zuteilungsverarbeitungseinheit 115 ausgegebene gegenwärtige Position als die Prüfungsposition in die Kollisionsprüfungsvorrichtung 2 eingegeben wird, werden die einzelnen Prozesse der Analyse und der Zuteilung des Bearbeitungsprogramms 180 in der Steuervorrichtung 1 und die Bewegung des sich bewegenden Abschnitts an der Industriemaschine 3 vorgenommen. Daher bewegen sich die tatsächliche Position 410 und die gegenwärtige Position 415 von dem Zeitpunkt t_A entlang des Bewegungspfads 405 vorwärts. Andererseits befindet sich die Prüfungsposition 420 an der gleichen Position wie die gegenwärtige Position 415 zu dem Zeitpunkt t_A. Dann bewegen sich die tatsächliche Position 410 und die gegenwärtige Position 415 während der Berechnung eines verbotenen Bewegungsausmaßes durch die Verbotenes-Bewegungsausmaß-Berechnungseinheit 210 entlang des Bewegungspfads 405 vorwärts.
8C ist ein Diagramm, das die Positionsbeziehung zwischen der tatsächlichen Position 410, der gegenwärtigen Position 415, der Prüfungsposition 420 und der Kollisionsposition 425 zu dem Zeitpunkt tc zeigt. Bevor durch die Verbotenes-Bewegungsausmaß-Berechnungseinheit 210 ein verbotenes Bewegungsausmaß für jede Achse berechnet und an die Steuervorrichtung 1 ausgegeben wird, bewegen sich die tatsächliche Position 410 und die gegenwärtige Position 415 weiter entlang des Bewegungspfads 405 vorwärts. Dann muss sich die tatsächliche Position 410 des sich bewegenden Abschnitts zu einem Zeitpunkt, zu dem die Kollisionsbestimmungseinheit 135 bestimmt, dass das Auftreten einer Kollision erwartet wird, (dem Zeitpunkt t_E) an einer Position, die sich aus der Prüfungsposition plus dem verbotenen Bewegungsausmaß zusammensetzt, das heißt, an einer Position, die um wenigstens eine Entfernung, die mit dem Anhalten des sich bewegenden Abschnitts in Verbindung steht, hinter der Kollisionsposition 425 liegt, befinden. Solange sich der sich bewegende Abschnitt in der Entfernung, die mit dem Anhalten des sich bewegenden Abschnitts in Verbindung steht, oder noch weiter hinten befindet, hält die Bewegung des sich bewegenden Abschnitts an, bevor dieser zu dem Zeitpunkt t_F die Kollisionsposition 425 erreicht, wie in 8D gezeigt ist.
Wie man aus der obigen Beschreibung verstehen kann, wird während eines Zeitraums, in dem die Steuervorrichtung 1 eine Prüfungsposition an die Kollisionsprüfungsvorrichtung 2 sendet, die Kollisionsprüfungsvorrichtung 2 ein verbotenes Bewegungsausmaß berechnet und die Steuervorrichtung 1 das berechnete verbotene Bewegungsausmaß erhält, durch die Steuervorrichtung 1 der Befehl des Bearbeitungsprogramms 180 analysiert und die Aktualisierung der gegenwärtigen Position fortgesetzt und die Bewegung des sich bewegenden Abschnitts der Industriemaschine 3 fortgeführt. Daher muss die Kollisionsbestimmungseinheit 135 die Bestimmung hinsichtlich der Kollision unter Verwendung der vorherigen Prüfungsposition und des verbotenen Bewegungsausmaßes vornehmen, bevor die Steuervorrichtung 1 ein Bestimmungsergebnis an der Prüfungsposition, die an die Kollisionsprüfungsvorrichtung 2 ausgegeben wurde, erhält. Beispielsweise kann die Prüfungszeitbreite Tw so festgelegt werden, das sie die nachstehende Gleichung 1 erfüllt, wobei der Prüfungszyklus in der Kollisionsprüfungsvorrichtung 1 T_PC ist, die Zeit, die für die Meldung der Prüfungsposition nötig ist, T₁ = (t_B - t_A) ist, die Verarbeitungszeit, die für die Berechnung des verbotenen Bewegungsausmaßes nötig ist, Tc = (tc - t_B) ist, die Zeit, die für die Meldung des verbotenen Bewegungsausmaßes nötig ist, T₂ = (t_D - t_C) ist, die Verarbeitungszeit, die für die Kollisionsbestimmung nötig ist, T₃ = (t_E - t_D) ist, und die Zeit, die für das Verlangsamen und Anhalten nötig ist, T_S = (t_F - t_E) ist. Durch eine solche Festlegung überlappen Bereiche der Kollisionsprüfung bei der Berechnung von jeweiligen verbotenen Bewegungsausmaßen teilweise. Daher wird der Zeitraum, während dem von der Kollisionsprüfungsvorrichtung 2 die Berechnung eines verbotenen Bewegungsausmaßes verlangt wird, durch einen Kollisionsbestimmungsbereich unter Verwendung der vorherigen Prüfungsposition und des verbotenen Bewegungsausmaßes ausreichend abgedeckt.
$T_{W} > T_{P C} + T_{1} + T_{C} + T_{2} + T_{3}$
Die Steuervorrichtung 1 mit dem obigen Aufbau ermöglicht, dass eine Kollisionsprüfung unter Zusammenwirkung mit der Kollisionsprüfungsvorrichtung 2 (einem PC) stattfindet, ohne dass eine Übertragung einer zukünftigen Position an die Kollisionsprüfungsvorrichtung 2 erforderlich ist. Da es nicht länger nötig ist, in der Steuervorrichtung 1 die beiden Positionskoordinaten einer gegenwärtigen Position und einer zukünftigen Position zu verwalten, kann eine Bewegungsposition eines sich bewegenden Abschnitts durch eine einfache Verarbeitung verwaltet werden. Und da die Steuervorrichtung 1 die Kollisionsprüfung unter Verwendung von gegenwärtig erkannten Positionen durchführen kann, kann auch einem Fall entsprochen werden, in dem ein Vorhersagekandidat einer zukünftigen Position je nach den Umständen auf zwei oder mehr Kandidaten aufgeteilt wird. Die Steuervorrichtung 1 ist außerdem auch auf einen Fall anwendbar, bei dem eine zukünftige Position wie etwa im Fall eines manuellen Betriebs nicht vorhergesagt werden kann.
Obwohl zuvor eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht nur auf die Beispiele der oben beschriebenen Ausführungsform beschränkt, sondern kann durch Hinzufügen passender Änderungen auf verschiedene Weisen ausgeführt werden.
Beispielsweise kann die Zuteilungsverarbeitungseinheit 115 der Steuervorrichtung 1 so ausgeführt sein, dass sie beim Senden der Prüfungsposition zusammen mit der Prüfungsposition Informationen an die Kollisionsprüfungsvorrichtung sendet, die für die Identifikation eines Bereichs, in dem sich der sich bewegende Abschnitt während der Prüfungszeitbreite Tw bewegen kann, nützlich sind. Beispiele für die Informationen, die für die Identifikation des Bereichs, in dem sich der sich bewegende Abschnitt während der Prüfungszeitbreite Tw bewegen kann, nützlich sind, sind Informationen hinsichtlich einer zulässigen Geschwindigkeit, einer zulässigen Beschleunigung, eines zulässigen Rucks, der gegenwärtigen Geschwindigkeit, ob eine Bewegung um eine Achse vorliegt oder nicht, oder dergleichen. Die Verbotenes-Bewegungsausmaß-Berechnungseinheit 210 kann den Bereich, in dem sich der sich bewegende Abschnitt während der Prüfungszeitbreite T_W bewegen kann, unter Verwendung der obigen Position präziser berechnen. Da zum Beispiel aus einer gegenwärtigen Geschwindigkeit und einer zulässigen Beschleunigung eine Geschwindigkeit, die innerhalb der Prüfungszeitbreite T_W erreichbar ist, berechnet werden kann, ist es möglich, den Bewegungsbereich des sich bewegenden Abschnitts mit der berechneten Geschwindigkeit als maximale Geschwindigkeit zu beschränken. Und wenn keine Bewegung um eine bestimmte Achse vorliegt, kann auf eine Berechnung im Zusammenhang mit dieser Achse verzichtet werden. Diese Informationen tragen zu einer Verringerung des Berechnungsaufwands in der Kollisionsprüfungsvorrichtung 2 bei.
Außerdem vergleicht die Kollisionsbestimmungseinheit 135 bei der oben beschriebenen Ausführungsform ein verbotenes Bewegungsausmaß mit einem zugeteilten Bewegungsausmaß, das durch die Zuteilungsverarbeitungseinheit 115 berechnet wurde, und bestimmt, dass das Auftreten einer Kollision erwartet wird, wenn das zugeteilte Bewegungsausmaß gleich oder größer als das verbotene Bewegungsausmaß ist. Doch die Kollisionsbestimmungseinheit135 kann ein verbotenes Bewegungsausmaß mit einem zugeteilten Bewegungsausmaß vergleichen, das sich aus der Vornahme eines vorherbestimmten Beschleunigungs-/Verlangsamungsprozesses durch die Beschleunigungs-/Verlangsamungsverarbeitungseinheit 125 ergibt.
9 zeigt Funktionen der Steuervorrichtung 1 als schematisches Blockdiagramm, wenn für die Prüfungsposition eine Position verwendet wird, die auf Basis eines zugeteilten Bewegungsausmaßes, das sich aus der Vornahme eines Beschleunigungs-/Verlangsamungsprozesses durch die Beschleunigungs-/Verlangsamungsverarbeitungseinheit 125 ergibt, berechnet wurde. In der Steuervorrichtung 1 nach dem vorliegenden Abwandlungsbeispiel vergleicht die Kollisionsbestimmungseinheit 135 ein zukünftiges zugeteiltes Bewegungsausmaß ab einer Prüfungsposition, das von der Beschleunigungs-/Verlangsamungsverarbeitungseinheit 125 eingegeben wurde, mit einem verbotenen Bewegungsausmaß für jede Achse ab der Prüfungsposition, das von der Kollisionsprüfungsvorrichtung 2 eingegeben wurde. Wenn das zukünftige zugeteilte Bewegungsausmaß ab der Prüfungsposition, das von der Beschleunigungs-/Verlangsamungsverarbeitungseinheit 125 eingegeben wurde, gleich oder größer als das verbotene Bewegungsausmaß ist, wird bestimmt, dass das Auftreten einer Kollision erwartet wird. Wenn bestimmt wird, dass das Auftreten einer Kollision erwartet wird, gibt die Kollisionsbestimmungseinheit 135 die Bestimmung an die Bewegungsbefehlsausgabeeinheit 128 aus. Wenn die Kollisionsbestimmungseinheit 135 bestimmt, dass das Auftreten einer Kollision erwartet wird, hält die Bewegungsbefehlsausgabeeinheit 128 im Anschluss die Ausgabe des Bewegungsbefehls an die Servosteuereinheit 130 an.
Das zugeteilte Bewegungsausmaß, das sich aus der Vornahme eines Beschleunigungs-/Verlangsamungsprozesses durch die Beschleunigungs-/Verlangsamungsverarbeitungseinheit 125 ergibt, wird als Bewegungsbefehl an die Servosteuereinheit 130 ausgegeben. Dies ermöglicht der Steuervorrichtung 1 dieses Abwandlungsbeispiels die Vornahme einer präziseren Kollisionsprüfung als in einem Fall, in dem die Kollisionsbestimmung auf Basis eines zugeteilten Bewegungsausmaßes, das durch die Zuteilungsverarbeitungseinheit 115 berechnet wurde, erfolgt.
Bezugszeichenliste

1: Steuervorrichtung
2: Kollisionsprüfungsvorrichtung
3: Industriemaschine
4: Steuersystem
5: Netzwerk
6: Fog-Computer
7: Cloud-Server
11: CPU
12: ROM
13: RAM
14: nichtflüchtiger Speicher
15, 17, 18, 20: Schnittstelle
19: E/A-Einheit
22: Bus
30: Achsensteuerschaltung
40: Servoverstärker
50: Servomotor
60: Spindelsteuerschaltung
61: Spindelverstärker
62: Spindelmotor
63: Positionscodierer
70: Anzeigevorrichtung
71: Eingabevorrichtung
72: externe Vorrichtung
110: Befehlsanalyseeinheit
115: Zuteilungsverarbeitungseinheit
120: Bewegungsbefehlsausgabeeinheit
125: Beschleunigungs-/Verlangsamungsverarbeitungseinheit
130: Servosteuereinheit
135: Kollisionsbestimmungseinheit
180: Bearbeitungsprogramm
210: Verbotenes-Bewegungsausmaß-Berechnungseinheit
211: CPU
212: ROM
213: RAM
214: nichtflüchtiger Speicher
215, 217, 218, 220: Schnittstelle
222: Bus
270: Anzeigevorrichtung
271: Eingabevorrichtung
272: externe Vorrichtung
280: Modelldatenspeichereinheit
304: Spindel
303: Werkzeug
305: Tisch
307: Haltevorrichtung
309: Werkstück
405: Bewegungspfad
410: tatsächliche Position
415: gegenwärtige Position
420: Prüfungsposition
425: Kollisionsposition

Claims

Steuervorrichtung, die die Bewegung eines sich bewegenden Abschnitts einer Industriemaschine entlang einer Achse auf Basis eines Bearbeitungsprogramms steuert, wobei die Steuervorrichtung eine Kollisionsprüfung unter Zusammenwirkung mit einer Kollisionsprüfungsvorrichtung, die eine Kollision zwischen dem sich bewegenden Abschnitt und einem Hindernis prüft, vornimmt, wobei die Steuervorrichtung eine Befehlsanalyseeinheit, die einen Block des Bearbeitungsprogramms analysiert; eine Zuteilungsverarbeitungseinheit, die auf Basis eines Analyseergebnisses von der Befehlsanalyseeinheit für jeden Zuteilungszyklus ein zugeteiltes Bewegungsausmaß erzeugt, eine durch das zugeteilte Bewegungsausmaß aktualisierte Position des sich bewegenden Abschnitts berechnet und der Kollisionsprüfungsvorrichtung die berechnete Position meldet; und eine Kollisionsbestimmungseinheit, die auf Basis eines verbotenen Bewegungsausmaßes, das durch die Kollisionsprüfungsvorrichtung auf Basis der gemeldeten Position berechnet wurde, bestimmt, ob eine Kollision zwischen dem sich bewegenden Abschnitt und einem Hindernis erwartet wird oder nicht, wobei das verbotene Bewegungsausmaß eine Entfernung ist, in der wahrscheinlich eine Kollision verursacht werden wird, wenn sich der sich bewegende Abschnitt über diese Entfernung von der Position des sich bewegenden Abschnitts bewegen wird, aufweist, wobei die Bewegung des sich bewegenden Abschnitts angehalten wird, wenn durch die Kollisionsbestimmungsvorrichtung bestimmt wird, dass das Auftreten einer Kollision zwischen dem sich bewegenden Abschnitt und dem Hindernis erwartet wird.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Beschleunigungs-/Verlangsamungsverarbeitungseinheit, die an einem zugeteilten Bewegungsausmaß für jeden Zuteilungszyklus, das durch die Zuteilungsverarbeitungseinheit erzeugt wurde, einen vorherbestimmten Beschleunigungs-/Verlangsamungsprozess vornimmt, wobei die Kollisionsbestimmungseinheit durch Vergleichen des verbotenen Bewegungsausmaßes mit einem zukünftigen Bewegungsausmaß ab der Position, das auf Basis des zugeteilten Bewegungsausmaßes, an dem durch die Beschleunigungs-/Verlangsamungsverarbeitungseinheit der vorherbestimmte Beschleunigungs-/Verlangsamungsprozess vorgenommen wurde, berechnet wurde, bestimmt, ob eine Kollision zwischen dem sich bewegenden Abschnitt und dem Hindernis erwartet wird oder nicht.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zuteilungsverarbeitungseinheit ferner der Kollisionsprüfungsvorrichtung zusätzlich zu der Position des sich bewegenden Abschnitts Informationen meldet, die für die Identifikation eines Bereichs, in dem sich der sich bewegende Abschnitt bewegen kann, nützlich sind.
Kollisionsprüfungsvorrichtung, die eine Kollision zwischen einem sich bewegenden Abschnitt, der sich entlang einer Achse einer Industriemaschine bewegt, und einem Hindernis prüft, wobei die Kollisionsprüfungsvorrichtung eine Modelldatenspeichereinheit, die Modelle des sich bewegenden Abschnitts und des Hindernisses speichert; und eine Verbotenes-Bewegungsausmaß-Berechnungseinheit, die auf Basis einer Position des sich bewegenden Abschnitts, die von einer Steuervorrichtung, welche die Industriemaschine steuert, gemeldet wurde, und der Modelle des sich bewegenden Abschnitts und des Hindernisses, die in der Modelldatenspeichereinheit gespeichert sind, ein verbotenes Bewegungsausmaß berechnet, das wahrscheinlich eine Kollision verursachen wird, wenn sich der sich bewegende Abschnitt um das verbotene Bewegungsausmaß von der Position des sich bewegenden Abschnitts bewegen wird, aufweist, wobei das berechnete verbotene Bewegungsausmaß an die Steuervorrichtung gesendet wird.
Kollisionsprüfungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei ein Bewegungsbereich des sich bewegenden Abschnitts bei der Kollisionsprüfung so festgelegt ist, dass er einen Bewegungsbereich des sich bewegenden Abschnitts bei der Kollisionsprüfung in einem nächsten Zyklus teilweise überlappt.
Steuersystem, in dem eine Steuervorrichtung und eine Kollisionsprüfungsvorrichtung zusammenwirken, um eine Kollisionsprüfung vorzunehmen, wobei die Steuervorrichtung die Bewegung eines sich bewegenden Abschnitts einer Industriemaschine entlang einer Achse auf Basis eines Bearbeitungsprogramms steuert und die Kollisionsprüfungsvorrichtung eine Kollision zwischen dem sich bewegenden Abschnitt und einem Hindernis prüft, wobei die Kollisionsprüfungsvorrichtung eine Modelldatenspeichereinheit, die Modelle des sich bewegenden Abschnitts und des Hindernisses speichert, und eine Verbotenes-Bewegungsausmaß-Berechnungseinheit, die auf Basis einer Position des sich bewegenden Abschnitts, die von der Steuervorrichtung gemeldet wurde, und der Modelle des sich bewegenden Abschnitts und des Hindernisses, die in der Modelldatenspeichereinheit gespeichert sind, ein verbotenes Bewegungsausmaß berechnet, das wahrscheinlich eine Kollision verursachen wird, wenn sich der sich bewegende Abschnitt um das verbotene Bewegungsausmaß von der Position des sich bewegenden Abschnitts bewegen wird, aufweist, und wobei die Steuervorrichtung eine Befehlsanalyseeinheit, die einen Block des Bearbeitungsprogramms analysiert, eine Zuteilungsverarbeitungseinheit, die auf Basis eines Analyseergebnisses von der Befehlsanalyseeinheit für jeden Zuteilungszyklus ein zugeteiltes Bewegungsausmaß erzeugt, eine durch das zugeteilte Bewegungsausmaß aktualisierte Position des sich bewegenden Abschnitts berechnet und der Kollisionsprüfungsvorrichtung die berechnete Position meldet, und eine Kollisionsbestimmungseinheit, die auf Basis des verbotenen Bewegungsausmaßes, das durch die Verbotenes-Bewegungsausmaß-Berechnungseinheit berechnet wurde, bestimmt, ob eine Kollision zwischen dem sich bewegenden Abschnitt und einem Hindernis erwartet wird oder nicht, aufweist, wobei die Bewegung des sich bewegenden Abschnitts angehalten wird, wenn durch die Kollisionsbestimmungseinheit bestimmt wird, dass das Auftreten einer Kollision zwischen dem sich bewegenden Abschnitt und dem Hindernis erwartet wird.