JP2001255920A - 数値制御装置及び数値制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 生産性を損ねずに加工品質を向上可能な数値
制御装置を得る。 【解決手段】 経路計画軌跡上において加工対象物の加
工面に丁度接するように工具を仮想的に配置して加工面
の形状を評価するための工具経路サンプル点を設定して
評価データを作成する工具経路サンプル点設定部２０、
評価データに基づいて不連続部を抽出する不連続部抽出
部３０、評価データに基づき工具を移動させる指令速度
を決定する指令速度決定部４２と指令速度と加工面の形
状とに基づき工具位置を工具が加工面と接するようにし
て決定する工具位置決定部４３とを有する工具位置デー
タ作成部４０を備え、工具経路サンプル点の設定と不連
続部の抽出と工具位置の決定とがリアルタイムに行われ
る。形状を評価して指令速度を決定し、工具位置を加工
面に工具がちょうど接するように仮想的に配置して決定
するので、従来の工具経路データの作成が不要で、加工
品質が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば工作機械
の制御に用いられる数値制御装置及び数値制御方法の改
良に関する。

【０００２】

【従来の技術】自由曲面の金型の加工を行う際には、従
来より、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置を使用して自由曲面に接す
るようにして仮想的に工具を移動させたときの工具経路
を直線、円弧、曲線等の微小線分にて近似して表した工
具経路データを作成した後、数値制御工作機械にその工
具経路データを与えて切削加工することが行われてい
る。

【０００３】近年、このような切削加工においては、磨
き工程の負担を軽減するためあるいは省略するために仕
上精度の向上が行われている。加工物の仕上精度を高く
するには多量の工具経路データが必要であり、工具経路
データの作成およびその工具経路データによる切削加工
の両方に費やされる時間が増大する。

【０００４】図１９は、従来の数値制御工作機械による
加工方法を説明するための模式図であり、図１９（ａ）
は加工経路を示す模式斜視図、図１９（ｂ）はＣＡＤ／
ＣＡＭ装置から出力された第１の工具経路データによる
加工経路を示す模式断面図、図１９（ｃ）はＣＡＤ／Ｃ
ＡＭ装置から出力された第２の工具経路データによる加
工経路を示す模式断面図である。

【０００５】図１９において、被加工物２は第一及び第
二の被加工部３，４を有する。ここで、図示しない数値
制御工作機械の工具Ｔによる切削加工により、第１及び
第２の被加工部３，４に、曲面３ａ、４ａを形成する場
合を考える。加工により形成すべき曲面（以下、単に加
工曲面あるいは曲面という場合もある）３ａ，４ａは、
図１９に示すように直角よりも少し大きい角度で交差し
ている。

【０００６】ＣＡＤ／ＣＡＭ装置から出力される工具経
路データは、数値制御装置に渡され、数値制御装置は補
間データを作成し、この補間データにより工具を制御す
るが、工具Ｔを移動させる経路計画軌跡はＸＹ平面上で
ジグザグに定義されているものとする。すなわち、図１
９（ａ）における経路ＯＲ１を通過し終点に達し、次に
所定ピッチ図１９（ａ）の左方向に工具を移動させ、経
路ＯＲ２をたどってジグザグに加工を行うものとする。

【０００７】経路ＯＲ１をたどるとき、曲面３ａ、４ａ
に対して工具オフセットを設けて経路ｃ１１となるよう
な工具経路データがＣＡＤ／ＣＡＭ装置から出力され、
この工具経路データに基づき加工対象物が加工される。
また、軌道ＯＲ２をたどるとき、曲面３ａ、４ａに対し
て経路ｃ２１となるような工具経路データが出力され、
この工具経路データに基づき加工される。

【０００８】工具経路データは、曲面データに基づき加
工曲面の形状から要求される工具の理想経路（以下単に
理想経路という）との誤差が設定誤差ｅ以下になるよう
に作成される。従って、理想経路との間に最大ｅの誤差
を有する。例えば、経路ＯＲ１をたどるときの工具経路
データによる経路ｃ１１は理想経路ｃ１０に対して図１
９（ｂ）のようになり、曲面３ａと曲面４ａの交差部Ｃ
近傍においては交差部Ｃよりも左方の点ｐ１１の座標が
出力され、交差部Ｃ近傍で曲面４ａに対応する理想経路
ｃ１０との間に最大ｅの誤差が生じる。

【０００９】また、経路ＯＲ２をたどるときの工具経路
データによる経路ｃ２１は理想経路ｃ２０に対して図１
９（ｃ）のようになり、曲面３ａと曲面４ａの交差部Ｃ
近傍においては交差部Ｃよりも右方の点ｐ２２の座標が
出力される。以上のように、交差部Ｃ近傍において、工
具Ｔが経路ｃ２１をたどる時と、ｃ２２をたどる時と
で、理想経路ｃ１０あるいはｃ２０からのずれかたが異
なる。

【００１０】従って、上記のように順次ジグザグに加工
をするとき曲面同士が交差する隅部において隣接する経
路ｃ１１，ｃ２１間で設定誤差ｅに相当する段差が生じ
る場合があり、溝状の傷や筋状の突出部のように見える
ために、加工品質上問題となることがある。

【００１１】このような現象を防止するためには、設定
誤差ｅを小さくし、加工精度を高くしなければならな
い。加工精度を高くするためには、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置
から出力される工具経路データのデータ量を増やし、加
工曲面により忠実なものにすることが必要である。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従来は上記のような制
御方法をとっていたので、加工品質を確保するためには
工具経路データのデータ量を大幅に増やさなければなら
ず、これに伴い次のような問題点が発生していた。

【００１３】ａ．ＣＡＤ／ＣＡＭ装置にて工具経路デー
タを作成し出力する時間が増大する。 ｂ．数値制御装置に渡す工具経路データのデータ量が莫
大なものになる。 ｃ．工具経路データのデータ量が多いために、加工速度
を上げることができない。 ｄ．工具摩耗や工具交換により工具径の補正が必要とな
った場合、再度ＣＡＤ／ＣＡＭ装置により工具経路デー
タの膨大な量のデータを計算しなければならなくなる。 ｅ．これらのため、作業能率が低下する。

【００１４】この発明は、上記のような問題点を解決し
て、作業能率を低下させることなく加工品質を向上させ
ることのできる数値制御装置を得ること及び数値制御方
法を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の数値制御装置は、数値制御される装置の処
理作用部を与えられた経路計画軌跡上において処理対象
物の処理すべき処理面と接するように仮想的に配置して
処理面の形状を評価するための複数の評価点を設定し処
理面の形状を評価して評価データを作成する評価手段、
評価データに基づき処理面の形状の不連続部を抽出する
不連続部抽出手段、及び不連続部近傍において処理作用
部の移動速度を所定の速度に減速するようにかつ処理面
と接するように処理作用部を仮想的に配置して処理作用
部位置を求めこの求めた処理作用部位置を数値制御され
る装置に与える処理作用部位置データ作成手段を備えた
ものである。不連続部を抽出して不連続近傍において処
理作用部の移動速度を所定の速度に減速するようにかつ
処理面と接するように処理作用部を仮想的に配置して処
理作用部位置を求めるので、不連続部近傍における処理
作用部位置は処理対象物の処理面の形状に一層忠実なも
のとなる。また、処理作用部位置を処理対象物の処理面
に処理作用部が仮想的に接するようにして決定するの
で、データ量の増加を抑制できる。

【００１６】そして、評価手段、不連続部抽出手段及び
処理作用部位置データ作成手段の動作はリアルタイムに
行われるものであることを特徴とする。これらをリアル
タイムに行えば、全体の処理時間を短縮でき、生産性が
向上する。

【００１７】さらに、不連続部抽出手段は、連続する３
つ以上の評価点に基づいて不連続部を抽出するものであ
ることを特徴とする。少なくとも３つの評価点に基づい
て簡易な方法で不連続部を抽出できる。

【００１８】また、不連続部抽出手段は、連続する４つ
の評価点から、１番目の評価点から２番目の評価点に向
かう第１のベクトルと３番目の評価点から４番目の評価
点に向かう第２のベクトルのなす角度に基づいて不連続
部を抽出するものであることを特徴とする。このような
簡易な方法により不連続部を容易に抽出できる。

【００１９】そして、不連続部抽出手段は、連続する４
つの評価点から、１番目の評価点から２番目の評価点に
向かう第１の単位ベクトルと２番目の評価点から３番目
の評価点に向かう第２の単位ベクトルとの差である第１
の差ベクトルの方向と、第２の単位ベクトルと３番目の
評価点から４番目の評価点に向かう第３の単位ベクトル
の差である第２の差ベクトルの方向とに基づいて不連続
部を抽出するものであることを特徴とする。このように
して、不連続部である段差部を容易に抽出できる。

【００２０】さらに、不連続部抽出手段は、連続する４
つの評価点のうち、１番目、２番目及び３番目の評価点
からこの３つの評価点の近傍における第１の曲率ベクト
ルを算出し、２番目、３番目及び４番目の評価点からこ
の３つの評価点の近傍における第２の曲率ベクトルを算
出し、第１及び第２の曲率ベクトルに基づいて不連続部
を抽出するものであることを特徴とする。このように、
曲率ベクトルに着目しても不連続部を容易に検出でき
る。

【００２１】また、本発明の数値制御方法は、数値制御
される装置の処理作用部を与えられた経路計画軌跡上に
おいて処理対象物の処理すべき処理面と接するように仮
想的に配置して処理面の形状を評価するための複数の評
価点を設定し処理面の形状を評価して評価データを作成
し、評価データに基づき処理面の形状の不連続部を抽出
し、不連続部近傍において処理作用部の移動速度を所定
の速度に減速するようにかつ処理面と接するように処理
作用部を仮想的に配置して処理作用部位置を求めこの求
めた処理作用部位置を数値制御される装置に与える。こ
のように不連続部を抽出して不連続近傍において処理作
用部の移動速度を所定の速度に減速するようにかつ処理
面と接するように処理作用部を仮想的に配置して処理作
用部位置を求めるので、不連続部近傍における処理作用
部位置は処理対象物の処理面の形状に一層忠実なものと
なる。また、処理作用部位置を処理対象物の処理面に処
理作用部が仮想的に接するようにして決定するので、デ
ータ量の増加を抑制できる。

【００２２】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、この発明
の実施の形態の一形態である数値制御装置の構成を示す
ブロック図である。図１において、軌道データ生成装置
１１は、どのような移動モード、つまり加工モードによ
り曲面加工を行うかにより、数値制御工作機械の工具を
移動させるべきＸＹ平面上における経路計画軌跡を規定
する軌道データを生成し、軌道データを入力データ記憶
装置１２へ出力する。経路計画軌跡の詳細については、
後述する。

【００２３】なお、加工対象物の曲面がこの発明におけ
る処理対象物の処理面の一例であり、数値制御される数
値制御工作機械がこの発明における数値制御される装置
の一例であり、工具がこの発明における数値制御される
装置の処理作用部である。

【００２４】入力データ記憶装置１２は、上記軌道デー
タ生成装置１１により生成された軌道データ、三次元の
曲面データ、工具データ、送り速度データ等の数値制御
加工に必要な入力データを記憶する。ここで、上記曲面
データは加工対象物の加工面の形状を表すものであり、
ＮＵＲＢＳ（Ｎｏｎ Ｕｎｉｆｏｒｍｅｄ Ｒａｔｉｏ
ｎａｌ Ｂ−Ｓｐｌｉｎｅ；有理化Ｂスプライン）曲面
等がある。このＮＵＲＢＳ曲面の場合には、曲面データ
として、階数、ノットベクトル、制御点、重みを入力す
るが、他の任意の曲面データを用いてもよい。

【００２５】工具データとしては、ボールエンドミル、
フラットエンドミル、ラジアルエンドミル等の工具の種
類と、当該工具の工具径等のデータを入力する。送り速
度データは、ユーザが設定した工具の送り速度であるユ
ーザ設定速度である。ユーザ設定速度は、機械の許容速
度の範囲内にて設定可能である。

【００２６】評価手段としての工具経路サンプル点設定
部２０は、工具経路サンプル点決定部２１、サンプル点
バッファ２２を有する。工具経路サンプル点決定部２１
は、曲面データに基づきこれから加工しようとする曲面
の評価のために、評価点としての工具経路サンプル点を
決定する。サンプル点バッファ２２は工具経路サンプル
点決定部２１が決定した工具経路サンプル点を複数個、
一時的に記憶する。

【００２７】なおここで、工具経路サンプル点とは、経
路計画軌跡上のサンプリング点のＸ、Ｙ座標上に、工具
が曲面に丁度接するように仮想的に配置したときの工具
位置のことを言う（後述の図８のサンプリング点ｓｐ
（１），ｓｐ（２），・・・ｓｐ（ｎ）、工具経路サン
プル点ｅｐ（１），ｅｐ（２），・・・ｅｐ（ｊ）を参
照）。

【００２８】不連続部抽出部３０は、工具経路サンプル
点設定部２０にて設定された工具経路サンプル点に基づ
き工具経路の不連続部を抽出する。処理作用部位置デー
タ作成手段としての工具位置データ作成部４０は、入力
データ記憶部１２に記憶された曲面データに基づき、工
具位置データを作成する。この工具位置データは、所定
時間間隔ごとに数値制御装置が出力すべき工具位置を表
すＸ，Ｙ，Ｚ軸の座標の集まりである。

【００２９】ここで、工具位置データ作成部４０の詳細
構成を説明する。工具位置データ作成部４０は、工具位
置判定部４１、指令速度決定部４２、工具位置決定部４
３、工具位置データバッファ部４４を有する。工具位置
判定部４１は、現在着目している工具位置（以下、現在
の工具位置という）が不連続部抽出部３０にて抽出され
た不連続部近傍にあるかどうかを判定し、近傍にあれば
減速指令を出し、近傍付近を通過し終えれば速度復帰指
令を出す。指令速度決定部４２は、減速指令あるいは速
度復帰指令に従い指令速度を決定する。

【００３０】工具位置決定部４３は、曲面データ及び指
令速度に基づき工具が曲面の加工時に順次たどるべき時
系列的な工具の位置座標である工具位置を決定する。工
具位置データバッファ部４４は、工具位置決定部４３に
て決定された工具位置を一時的に記憶し、必要に応じて
図示しない後述のサーボ制御部に送る。工具位置データ
作成部４０の詳細構成は、以上の通りである。

【００３１】図示しないサーボ制御部は、工具位置を表
すデジタル信号として工具位置データ作成部４０の工具
位置データバッファ部４４から受け取った工具位置デー
タに基づき、現在着目している工具位置の座標と次の工
具位置の座標との差から、Ｘ，Ｙ，Ｚそれぞれの軸方向
における工具の移動すべき値に相当するパルス数ΔＸ，
ΔＹ，ΔＺを計算し、サーボモータを制御する。

【００３２】上記構成において、工具経路サンプル点設
定部２０において工具経路サンプル点のデータを作成し
ながら所定個数の工具経路サンプル点のデータを逐次記
憶し、不連続部抽出部３０にて上記所定個数のデータを
用いて不連続部を抽出する。そして、工具位置データ作
成部４０にて、工具位置データを作成する。以上の動作
はリアルタイムに行うが、工具経路サンプル点設定部２
０における工具経路サンプル点の設定、不連続部抽出部
３０による不連続部の抽出を、工具位置データ作成部４
０における工具位置のデータの作成よりも若干先行させ
て行う。

【００３３】次に、動作について説明する。まず、全体
の大まかな動作を説明し、次いで各部の詳細な動作を説
明する。図２は全体の動作を示すフローチャート、図３
は経路計画軌跡の例を示す説明図である。図４は図１の
工具経路サンプル点設定部の動作を示すフローチャート
である。

【００３４】図５は曲面上における現在の工具経路サン
プル点から距離ΔＬだけ離れた次の工具経路サンプル点
を求めるための概念を示す説明図であり、図５（ａ）は
ＹＺ平面、図５（ｂ）はＸＹ平面について示したもので
ある。図６は、工具干渉回避計算の一例を示す説明図で
ある。図７は曲面と工具経路との関係を示す説明図、図
８は設定された工具経路サンプル点を示す説明図であ
る。

【００３５】まず、図２のフローチャートにより全体の
動作を説明する。ステップＳ１において、軌道データ生
成装置１１は、与えられた加工モードに基づき軌道デー
タを生成する。曲面を加工するためには、加工モードを
設定しておく必要があり、ステップＳ１ではこの設定さ
れた加工モードより軌道データを生成する。

【００３６】軌道データは、工具をどのように移動させ
るかを示すデータであり、ここでは軌道データ生成装置
１１が加工モードに応じてＸＹ平面上の経路計画軌跡を
示すデータとして生成する。加工モードとしては、ジグ
ザグ加工モード、渦巻き加工モード、スプライン加工モ
ード、円弧加工モード等がある。

【００３７】図３はそのような加工モードを示すもので
あり、図３（ａ）にＸＹ平面上でジグザグに定義した経
路計画軌跡によるジグザグ加工モードの例を、図３
（ｂ）にＸＹ平面上で渦巻き状に定義した経路計画軌跡
による渦巻き加工モードの例を示す。

【００３８】経路計画軌跡は、ピッチ等のデータを与え
て加工モードを設定すれば、例えば図３（ａ）あるいは
図３（ｂ）の点ＯＰ１から点ＯＰ２、点ＯＰ２から点Ｏ
Ｐ３、点ＯＰ３から点ＯＰ４、・・・・というように、
ＸＹ平面上の軌道として求められる。

【００３９】入力データ記憶部１２は、軌道データ生成
部１１から入力された軌道データ、曲面データ、工具デ
ータ、送り速度データ等の入力データを記憶する（ステ
ップＳ２）。工具経路サンプル点設定部２０は、入力デ
ータ記憶部１２に記憶された曲面データに基づきこれか
ら加工しようとする曲面における不連続部を抽出するた
めに、曲面の各部の位置に対応させて工具経路サンプル
点を設定し、サンプル点バッファ２２に記憶する（ステ
ップＳ３，Ｓ４）。

【００４０】ここで、ステップＳ３の詳細について、図
４のフローチャートによって説明する。まず、図４のス
テップＳ３１において、経路計画軌跡ＴＲＪ（この例で
は、直線である）上のサンプリング点に対応させて工具
経路サンプル点を設定する。なお、図５（ｂ）に示すよ
うに、現在のサンプリング点はＸＹ平面上の経路計画軌
跡ＴＲＪ上の点ｓｐ（ｊ）であり、そのときの三次元空
間における工具経路サンプル点は点ｅｐ（ｊ）であると
する。

【００４１】そして、経路計画軌跡ＴＲＪ上において現
在のサンプリング点ｓｐ（ｊ）から所定の距離ΔＬ離れ
たサンプリング候補点ｑ１を図５（ｂ）のように求める
（図４のステップＳ３１）。

【００４２】次に、上記ステップＳ３１で求めたサンプ
リング候補点ｑ１のＸ，Ｙ軸座標に、工具Ｔが曲面Ｓと
干渉せずちょうど曲面Ｓに接するように、図５（ａ）に
おける上方より仮想的に配置して、工具干渉回避計算を
行う（ステップＳ３２）。このときの工具位置を工具経
路サンプル候補点ｅｑ１と称することにする。

【００４３】ステップＳ３２における工具干渉回避計算
の詳細は次の通りである。図６は、工具干渉回避計算の
一般的な方法の概念を示す説明図である。この干渉回避
計算の問題は、Ｘ，Ｙ軸座標を与えて工具ＴをそのＸ，
Ｙ軸座標において曲面Ｓの上方に配置し、徐々に曲面Ｓ
に向かって工具を下ろしていったときに、最初に曲面Ｓ
に接触するＺ軸座標を求める問題である。

【００４４】図６（ａ）に示すように、対象とする曲面
Ｓに工具Ｔを仮想的に投影して、工具Ｔが投影された曲
面Ｓ上の多数のサンプル点ｔｓｈ（図６（ａ）では簡単
のために正方形のメッシュで表している）と工具Ｔとの
干渉をチェックし、工具Ｔが曲面Ｓと接するときの工具
の中心である工具位置ｅｐ（ｊ）の座標を求めることに
より、工具が曲面に干渉しないようにできる。このよう
な方法により、工具が曲面と干渉しないようにして求め
たものが工具経路サンプル候補点ｅｑ１である。

【００４５】次に、ステップＳ３３において、現在の工
具位置ｅｐ（ｊ）と工具経路サンプル候補点ｅｑ１との
三次元空間における距離ΔＬｔを算出する。そして、距
離ΔＬｔとステップＳ３１で用いた距離ΔＬとの差が、
あらかじめ定められた所定の微小値ε以下か否か判定す
る（ステップＳ３４）。その結果、距離ΔＬｔとΔＬと
の差が微小値ε以下であれば、工具経路サンプル候補点
ｅｑ１を次の工具経路サンプル点ｅｐ（ｊ＋１）として
決定する（ステップＳ３５）。

【００４６】一方、距離ΔＬｔとΔＬとの差が微小値ε
を超えるならば、距離ΔＬｔは採用するには離れすぎて
いるので、ＸＹ平面の経路計画軌跡ＴＲＪ上において、
例えば点ｑ１よりももっと点ｓｐ（ｊ）に近い別のサン
プリング候補点ｑ２に変更し（ステップＳ３６）、ステ
ップＳ３２へ戻る。そして、ステップＳ３２〜Ｓ３４を
実行して微小値εよりも小さい工具経路サンプル候補点
ｅｑ２を見つけ、この工具経路サンプル候補点ｅｑ２を
工具経路サンプル点に決定する（ステップＳ３５）。

【００４７】なお、ＸＹ平面の経路計画軌跡ＴＲＪ上に
おいて別のサンプリング候補点ｑ２を求めるには、例え
ば二分法を用いればよい。以上のような計算によって、
距離ΔＬにもっとも近い点ｅｑ１あるいは点ｅｑ２が次
のサンプリング点として得られる。以上が工具経路サン
プル点決定部２１によるステップＳ３（図２）の動作で
あり、上記のようにして工具経路サンプル点が得られ
る。この工具経路サンプル点を得る過程は、後述の工具
位置を求める過程と全く同様のものである。

【００４８】なお、工具と曲面との干渉回避の方法とし
ては、上述したような方法の他に、図６（ｂ）に示すよ
うに曲面Ｓのオフセット曲面Ｓｏｆｓｔを求めておき、
工具Ｔの中心位置ｅｐ（ｊ）の座標をこのオフセット曲
面Ｓｏｆｓｔから得ることにより、工具が曲面に干渉し
ないようにすることもできる。

【００４９】さらに、他の干渉回避の方法として、例え
ば特開平６−８３４２２号公報に記載された方法を用い
ることもできる。この方法は、概略次の通りである。ま
ず、加工曲面の包含球ツリーを用いて工具に干渉する曲
面を細分割したものである曲面パッチを大ざっぱに抽出
する。

【００５０】次に、抽出された曲面パッチを細分割しな
がら曲面パッチを近似する双一次パッチによる干渉チェ
ックを用いて、干渉する、より細かな曲面パッチの抽出
を行う。この処理を曲面パッチが十分平坦な曲面パッチ
に細分割されるまで行い、得られた平面パッチについて
工具との干渉回避計算を行う。

【００５１】さて、図２のフローチャートに戻って、上
記のようにして得られた工具経路サンプル点はサンプル
点バッファ２２に一時的に記憶される（ステップＳ
４）。工具経路サンプル点設定部２０は、以上のように
動作する。

【００５２】次に、図２のステップＳ５の不連続部抽出
の動作を、図９〜図１１により説明する。図９は、図２
のステップＳ５の不連続部抽出の動作を示すフローチャ
ート、図１０は不連続部抽出の原理を説明するための説
明図であり、図１０（ａ）は工具経路サンプル点データ
のうちの連続する４点の配列例を示す説明図、図１１は
抽出された不連続部を示す説明図である。

【００５３】以下においては、例えば、先に示した図８
において白丸で表された工具経路サンプル点ｅｐ
（１）、ｅｐ（２），・・・に基づき、不連続部を抽出
する方法を説明する。図９のフローチャートにおいて、
まず工具経路サンプル点設定部２０のサンプル点バッフ
ァ２２（図１）に記憶された工具経路サンプル点のデー
タｅｐ（１）、ｅｐ（２），・・・のなかから、連続す
る４個のデータを取り出す（ステップＳ４１）。

【００５４】ここで、４つの工具経路サンプル点ｅｐ
（ｊ−１），ｅｐ（ｊ），ｅｐ（ｊ＋１），ｅｐ（ｊ＋
２）のＸ，Ｚ座標軸上の配列が図１０（ａ）のごとくで
あるとする。この場合、まず工具経路サンプル点ｅｐ
（ｊ−１）から工具経路サンプル点ｅｐ（ｊ）に向かう
第１のベクトルＶ１、及び工具経路サンプル点ｅｐ（ｊ
＋１）から工具経路サンプル点ｅｐ（ｊ＋２）に向かう
第２のベクトルＶ２（図１０（ａ））を求め、第１及び
第２のベクトルＶ１，Ｖ２のなす角度θ（図１０
（ｂ））を算出する（ステップＳ４２）。

【００５５】この角度θが所定値以上ならば（ステップ
Ｓ４３）、不連続部ありと判定し、記憶する（ステップ
Ｓ４４）。図１１は、このようにして判定された不連続
部を示すもので、工具経路サンプル点ｅｐ（ａ），ｅｐ
（ａ＋１）間、工具経路サンプル点ｅｐ（ｂ），ｅｐ
（ｂ＋１）間、工具経路サンプル点ｅｐ（ｃ），ｅｐ
（ｃ＋１）間におのおの不連続部ｆ１，ｆ２，ｆ３があ
ると判定され、抽出されたものである。

【００５６】この場合、工具経路サンプル点ｅｐ（ａ）
と点ｅｐ（ａ＋１）との区間、工具経路サンプル点ｅｐ
（ｂ）と点ｅｐ（ｂ＋１）との区間、工具経路サンプル
点ｅｐ（ｃ）とｅｐ（ｃ＋１）との区間が不連続区間で
ある。

【００５７】さらに、工具経路サンプル点データ中にま
だ取り出していないデータが残っているか否かを判定す
る（ステップＳ４５）。残っていれば工具経路サンプル
点データからのデータ取り出し開始位置を一つ進め、次
の工具経路サンプル点ｅｐ（ｊ）からに変更し（ステッ
プＳ４６）、ステップＳ４１へ戻り、不連続部の有無の
判定を逐次実施する。このような不連続部の有無の判定
を、取り出す工具経路サンプル点のデータが無くなるま
で行い、データが無くなれば終了する。以上が、不連続
部抽出部３０の詳細動作である。

【００５８】次に、図２のステップＳ６における工具位
置データ作成部４０の詳細動作を、図１２のフローチャ
ートにより説明する。図１２のフローチャートにおい
て、工具位置判定部４１は次の工具位置が不連続区間に
おいて予め定められた指定速度Ｖｆに減速するための減
速区間に入るかどうかを判定する（ステップＳ５１）。
減速区間に入るならならば、予め定められた指定速度Ｖ
ｆに減速する指示を出す（ステップＳ５２）。

【００５９】ところで、ステップＳ５１における、次の
工具位置が減速区間に入るかどうかの判定は次のように
して行えばよい。例えば、図１４において、不連続部ｆ
を含む不連続区間は、工具経路サンプル点ｅｐ（ｊ）と
点ｅｐ（ｊ＋１）との間である。現在の工具位置ｔｐ
（ｋ）における速度をＶｋとすると、減速に必要な距離
Ｌｄは、例えば減速時間ΔＴｄを与えて、 Ｌｄ＝（Ｖｋ−Ｖｆ）・ΔＴｄ として計算できる。

【００６０】一方、例えば図１４において、現在の工具
位置ｔｐ（ｋ）から次の工具位置ｔｐ（ｋ＋１）までの
距離ΔＤは、現在の速度Ｖｋのままで減速しないとすれ
ば、サンプリング間隔をΔＴとして、 ΔＤ＝Ｖｋ・ΔＴ である。

【００６１】また、現在の工具位置ｔｐ（ｋ）から減速
しなければならない評価点ｅｐ（ｊ）までの距離をｄ２
とすると、次の工具位置ｔｐ（ｋ＋１）から評価点ｅｐ
（ｊ）までの距離Ｌｋは Ｌｋ＝ｄ２−ΔＤ であるから、ＬｄとＬｋとを比較して、Ｌｋ＜Ｌｄなら
ば減速区間に入ると判定する。

【００６２】減速区間に入ると判定されると、評価点ｅ
ｐ（ｊ）を通過する時点までに所定の指定速度Ｖｆに減
速するように、指令速度Ｆが決定され、出力される。従
って、評価点ｅｐ（ｊ）を通過するときは、指定速度Ｖ
ｆにて通過することになり、例えば指令速度Ｖｆが通常
の速度の１／４に指定されているとすれば、距離ΔＤ＝
Ｖｆ・ΔＴも１／４になる。

【００６３】すなわち、不連続区間近傍においては出力
される工具位置の間隔（距離）ΔＤも図１４のａｔｐ
（１），ａｔｐ（２），ａｔｐ（３），・・・のごと
く、細かい間隔で設定され、曲面Ｓにより忠実に沿うも
のになる。よって、傷状に見える加工むら等を防止する
ことができる。

【００６４】なお、現在の工具位置ｔｐ（ｋ）から次の
工具位置ｔｐ（ｋ＋１）までの距離ΔＤは上記のように
して与えられるが、現在の工具位置ｔｐ（ｋ）から距離
ΔＤ離れた次の工具位置ｔｐ（ｋ＋１）を、工具が曲面
と干渉しないようにして決定する方法については、後述
する。

【００６５】そして、ステップＳ５３において、現在の
工具位置が既に不連続区間から脱しているかどうかを判
定し、脱していれば通常の速度に復帰するように速度復
帰指示を出す（ステップＳ５４）。指令速度決定部４２
はステップＳ５２やステップＳ５４の指示速度に従って
指令速度を決定し、工具位置決定部４３が工具位置の決
定を行う（ステップＳ５５）。

【００６６】また、不連続区間近傍の他は、通常の速度
で加工を行うので、全体の加工速度が低下して生産性の
向上を妨げるおそれもない。

【００６７】なお、上記不連続区間近傍における工具位
置の決定は、従来のように曲面データに対応した工具経
路データを作成し、この工具経路データに基づき数値制
御装置が工具位置を補間して算出するのではなく、曲面
データに基づき工具位置を補間することなく求めるもの
である。従って、不連続区間近傍における加工速度を低
く設定することにより、工具経路を理想経路に近づける
ことができる。

【００６８】続いて、ステップＳ５５の詳細について、
説明する。まず、工具位置決定部４３は前もって与えら
れた指令速度Ｆと、サンプリング間隔ΔＴによって決定
される距離ΔＤ＝Ｆ・ΔＴを算出する。次の工具位置
は、先に述べた図４のステップＳ３２と同様にして工具
の干渉回避計算を行った上で、距離ΔＤだけ離れた点に
最終決定されることになる。

【００６９】以下、図４のステップＳ３３〜ステップＳ
３６において工具経路サンプル点を求めたのと全く同様
の方法にて工具位置を求めることができる。図１３は、
曲面上における現在の工具位置から次の工具位置求める
ための概念を示す説明図であるが、図１３（ｂ）におい
て、ＸＹ平面上の経路計画軌跡ＴＲＪ上で現在の工具位
置の点ｐ（ｋ）から距離ΔＤだけ離れた仮の候補点ｗ１
を求める。この仮の候補点ｗ１のＸ，Ｙ軸座標に、図１
３（ａ）に示すように工具が曲面と干渉せずちょうど曲
面に接するように、仮想的に配置したときの工具位置ｔ
ｗ１を工具位置候補点に定める。

【００７０】次に、図１３（ａ）における現在の工具位
置ｔｐ（ｋ）と工具位置候補点ｔｗ１との三次元空間に
おける距離ΔＤｔを算出する。そして、距離ΔＤｔと距
離ΔＤとの差が、あらかじめ定められた所定の微小値ｅ
以下か否か判定する。その結果、距離ΔＤｔとΔＤとの
差が微小値ｅ以下であれば、その工具位置候補点ｔｗ１
を次の工具位置ｔｐ（ｋ＋１）として決定する。

【００７１】一方、距離ΔＤｔとΔＤとの差が微小値ｅ
を超えるならば、距離ΔＤｔは採用するには離れすぎて
いるので、例えばＸＹ平面の経路計画軌跡ＴＲＪ上にお
いて現在の仮の候補点ｗ１よりももっと近い別の仮の候
補点ｗ２に変更し、再び現在の工具位置ｔｐ（ｋ）と工
具位置候補点ｔｗ２との三次元空間における距離ΔＤｔ
を算出して工具位置候補点を求め、微小値ｅよりも小さ
い工具位置候補点を見つけ、次の工具位置ｔｐ（ｋ＋
１）に決定する。

【００７２】以上が工具位置決定部４３の動作であり、
上述のようにして得られた工具位置のデータが、工具位
置データバッファ部４４を介して図示しないサーボ制御
部に送られ、数値制御工作機械が制御される。

【００７３】なお、上述の工具の干渉回避の計算方法に
ついては、図４のステップＳ３２において工具経路サン
プル候補点を求めるときに行ったのと同様の方法にて行
うことができる。

【００７４】実施の形態２．図１５〜図１７は、この発
明の他の実施の形態を示すものであり、図１５は数値制
御装置の構成を示すブロック図、図１６は加工対象物の
段差部に工具経路サンプル点を設定したときの説明図、
図１７は段差部に関する不連続部抽出の原理を説明する
ための説明図である。

【００７５】図１５において、段差部抽出部５０は加工
対象物の段差部を検出する。加工対象物が、図１６
（ａ）に示すような階段状の段差部や図１６（ｂ）に示
すような斜面状の段差部を有する場合、この段差部にお
ける工具経路サンプル点（以下、単位に点という場合も
ある）は、図１６（ａ）、図１６（ｂ）それぞれに示さ
れる点ｅｐ（ｊ−１），ｅｐ（ｊ），ｅｐ（ｊ＋１），
ｅｐ（ｊ＋２）になる。

【００７６】このような場合、上記実施の形態１にて説
明した不連続部抽出部３０により、図１０（ｂ）に示す
ような方法で点ｅｐ（ｊ−１）から点ｅｐ（ｊ）に向か
う第１のベクトルＶ１と、点ｅｐ（ｊ＋１）から点ｅｐ
（ｊ＋２）に向かう第２のベクトルのなす角度を求める
と、零となるために、段差部を検出できない。

【００７７】そこで、図１５に示すように、不連続部抽
出部３０に加えて段差部抽出部５０を設けることによ
り、段差部も検出することが可能になる。段差部抽出部
５０は、次のようにして段差部を抽出する。図１７に示
すように、点ｅｐ（ｊ−１）から点ｅｐ（ｊ）に向かう
第１の単位ベクトルＵＶ１と、点ｅｐ（ｊ）から点ｅｐ
（ｊ＋１）に向かう第２の単位ベクトルＵＶ２との差を
求めると、図１７の上向きのベクトルＮ（ｊ）となる。

【００７８】また、点ｅｐ（ｊ）から点ｅｐ（ｊ＋１）
に向かう第２の単位ベクトルＵＶ２と、点ｅｐ（ｊ＋
１）から点ｅｐ（ｊ＋２）に向かう第３の単位ベクトル
ＵＶ３との差を求めると、図１７の下向きのベクトルＮ
（ｊ＋１）となる。

【００７９】このように、連続する４つの工具経路サン
プル点の間を結ぶベクトルに関する単位ベクトルについ
て、その差ベクトルを求めると、互いに方向が逆になる
ことに注目して段差部を抽出することができる。

【００８０】実施の形態３．また、二つのベクトルのな
す角度から不連続部を抽出する代わりに、図１８（ｂ）
の段差部に関する不連続部抽出の原理を説明するための
説明図において、連続する３つの工具経路サンプル点、
例えば点ｅｐ（ｊ−１）、ｅｐ（ｊ）、ｅｐ（ｊ＋１）
を通る第１の円弧ＣＲ１の曲率ベクトルｒ１を算出し、
点ｅｐ（ｊ）、ｅｐ（ｊ＋１）、ｅｐ（ｊ＋２）を通る
第２の円弧ＣＲ２の曲率ベクトルｒ２を算出する。そし
て、この両曲率ベクトルｒ１，ｒ２の向きが逆であれ
ば、点ｅｐ（ｊ）とｅｐ（ｊ＋１）との間の区間に不連
続部があると判定するようにしてもよい。

【００８１】以上のように、この実施の形態によれば、
リアルタイムで工具経路サンプル点を設定し、不連続部
を抽出し、かつ仮想的に曲面に当接するように工具を配
置して工具位置のデータを作成するので、従来の加工方
法のように、あらかじめＣＡＤ／ＣＡＭ装置で工具経路
データを作成する必要がなく、データ量の増加を抑制で
きる。また、現場での工具変更等にも容易に対応でき
る。従って、生産性を向上させることができる。

【００８２】また、不連続部近傍においては、仮想的に
曲面に当接するように工具を配置してかつ加工速度を減
速するようにして工具位置のデータを作成するので、曲
面同士が交差する隅部等の不連続部近傍において、より
曲面に忠実に加工することができる。従って、溝状の傷
や筋状の突出部のように見えるのを防止して、加工品質
の向上を図ることができる。

【００８３】さらに、工具経路サンプル点設定部２０の
サンプル点バッファに記憶する工具経路サンプル点デー
タは、例えば最小限４個のデータを記憶すれば足り、工
具経路サンプル点設定部を安価に構成できる。

【００８４】なお、上記各実施の形態では、工具経路サ
ンプル点の設定、工具経路の不連続部の抽出、工具位置
のデータの作成をリアルタイムで行うものを示したが、
バッチ処理方式を採用してもよい。すなわち、工具経路
サンプル点設定部２０において工具経路サンプル点を設
定して不連続部抽出部にて不連続部の抽出を予め行って
おき、この抽出された不連続部の情報を用いて工具位置
データを作成するようにすることもできる。

【００８５】上記各実施の形態において、数値制御装置
は、一般的には一つのマイクロプロセッサを有するマイ
クロコンピュータにより実現することができるが、複数
のマイクロプロセッサを有するものを用いて、例えば軌
道データの生成と入力データの記憶、工具経路サンプル
点の決定、不連続部の抽出、指令速度の決定、工具位置
の決定等の各タスクを分担させ、これらの処理をリアル
タイムに同時並行的に行い、処理を高速化することもで
きる。

【００８６】上記各実施の形態では、工具経路サンプル
点設定部２０は工具が加工面に当接するようにかつ次の
評価点までの距離をΔＬ一定（図５（ｂ））となるよう
にして工具を仮想的に配置し各評価点を求めるものを示
したが、データ処理速度を高めるために例えば図５
（ｂ）の経路計画軌跡ＴＲＪ上に等間隔に評価点を設定
して評価データを求めるようにすることもできる。ま
た、評価点の間隔ΔＬを工具の送り距離ΔＤ＝Ｆ・ΔＴ
（図１３（ｂ）参照）よりもかなり小さく設定して評価
の精度を上げることもできる。

【００８７】上記各実施の形態においては、数値制御さ
れる装置の処理作用部が数値制御工作機械の工具である
ものを示したが、本発明は工作機械の数値制御装置に限
らず、ロボット装置等の数値制御装置に用いることがで
き、同様の効果を奏する。ロボット装置として、例えば
処理作用部として砥石を用いて処理すべき処理面の仕上
げ処理を行うもの等がある。

【００８８】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載するような効果を奏する。

【００８９】数値制御される装置の処理作用部を与えら
れた経路計画軌跡上において処理対象物の処理すべき処
理面と接するように仮想的に配置して処理面の形状を評
価するための複数の評価点を設定し処理面の形状を評価
して評価データを作成する評価手段、評価データに基づ
き処理面の形状の不連続部を抽出する不連続部抽出手
段、及び不連続部近傍において処理作用部の移動速度を
所定の速度に減速するようにかつ処理面と接するように
処理作用部を仮想的に配置して処理作用部位置を求めこ
の求めた処理作用部位置を数値制御される装置に与える
処理作用部位置データ作成手段を備えたものであるの
で、不連続部を抽出して不連続近傍において処理作用部
の移動速度を所定の速度に減速するようにかつ処理面と
接するように処理作用部を仮想的に配置して処理作用部
位置を求めるので、不連続部近傍における処理作用部位
置は処理対象物の処理面の形状に一層忠実なものとな
り、加工品質を向上させることができる。また、処理作
用部位置を処理対象物の処理面に処理作用部が仮想的に
接するようにして決定するので、データ量の増加を抑制
して作業能率の低下を防止できる。

【００９０】そして、評価手段、不連続部抽出手段及び
処理作用部位置データ作成手段の動作はリアルタイムに
行われるものであることを特徴とするので、これらをリ
アルタイムに行えば、全体の処理時間を短縮でき、生産
性が向上する。

【００９１】さらに、不連続部抽出手段は、連続する３
つ以上の評価点に基づいて不連続部を抽出するものであ
ることを特徴とするので、簡易な方法で不連続部を抽出
できる。

【００９２】また、不連続部抽出手段は、連続する４つ
の評価点から、１番目の評価点から２番目の評価点に向
かう第１のベクトルと３番目の評価点から４番目の評価
点に向かう第２のベクトルのなす角度に基づいて不連続
部を抽出するものであることを特徴とするので、このよ
うな簡易な方法により不連続部を容易に抽出できる。

【００９３】そして、不連続部抽出手段は、連続する４
つの評価点から、１番目の評価点から２番目の評価点に
向かう第１の単位ベクトルと２番目の評価点から３番目
の評価点に向かう第２の単位ベクトルとの差である第１
の差ベクトルの方向と、第２の単位ベクトルと３番目の
評価点から４番目の評価点に向かう第３の単位ベクトル
の差である第２の差ベクトルの方向とに基づいて不連続
部を抽出するものであることを特徴とするので、不連続
部である段差部を容易に抽出できる。

【００９４】さらに、不連続部抽出手段は、連続する４
つの評価点のうち、１番目、２番目及び３番目の評価点
からこの３つの評価点の近傍における第１の曲率ベクト
ルを算出し、２番目、３番目及び４番目の評価点からこ
の３つの評価点の近傍における第２の曲率ベクトルを算
出し、第１及び第２の曲率ベクトルに基づいて不連続部
を抽出するものであることを特徴とするので、曲率ベク
トルに着目しても不連続部を容易に検出できる。

【００９５】また、本発明の数値制御方法は、数値制御
される装置の処理作用部を与えられた経路計画軌跡上に
おいて処理対象物の処理すべき処理面と接するように仮
想的に配置して処理面の形状を評価するための複数の評
価点を設定し処理面の形状を評価して評価データを作成
し、評価データに基づき処理面の形状の不連続部を抽出
し、不連続部近傍において処理作用部の移動速度を所定
の速度に減速するようにかつ処理面と接するように処理
作用部を仮想的に配置して処理作用部位置を求めこの求
めた処理作用部位置を数値制御される装置に与えるの
で、不連続部を抽出して不連続近傍において処理作用部
の移動速度を所定の速度に減速するようにかつ処理面と
接するように処理作用部を仮想的に配置して処理作用部
位置を求めるので、不連続部近傍における処理作用部位
置は処理対象物の処理面の形状に一層忠実なものとな
り、加工品質を向上させることができる。また、処理作
用部位置を処理対象物の処理面に処理作用部が仮想的に
接するようにして決定するので、データ量の増加を抑制
して作業能率の低下を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の一形態である数値制御装置
の構成を示すブロック図である。

【図２】 数値制御装置の動作を説明するためのフロー
チャートである。

【図３】 加工モードを示す説明図である。

【図４】 工具経路サンプル点設定部の詳細動作を示す
フローチャートである。

【図５】 距離ΔＬだけ離れた次の工具経路サンプル点
を求めるための処理の概念を示す説明図である。

【図６】 工具干渉回避の一般的な方法の概念を示す説
明図である。

【図７】 曲面と工具位置との関係を示す説明図であ
る。

【図８】 図７の曲面加工における工具経路サンプル点
を示す説明図である。

【図９】 工具経路の不連続部抽出の詳細を示すフロー
チャートである。

【図１０】 不連続部抽出の原理を説明するための説明
図である。

【図１１】 抽出された不連続部を示す説明図である。

【図１２】 工具位置データ作成の詳細動作を示すフロ
ーチャートである。

【図１３】 距離ΔＤだけ離れた次の工具位置を求める
ための処理の概念を示す説明図である。

【図１４】 不連続部近傍における工具位置のデータを
示す説明図である。

【図１５】 この発明の他の実施の形態である数値制御
装置の構成を示すブロック図である。

【図１６】 加工対象物の段差部に設定された工具経路
サンプル点を示す説明図である。

【図１７】 図１６の段差部抽出部による段差抽出の原
理を説明するための説明図である。

【図１８】 別の段差部抽出部による段差抽出の原理を
説明するための説明図である。

【図１９】 従来の数値制御工作機械による加工方法を
説明するための模式図である。

【符号の説明】

１１ 軌道データ生成部、１２ 入力データ記憶部、２
０ 工具経路サンプル点設定部、２１ 工具経路サンプ
ル点決定部、２２ サンプル点バッファ部、３０ 不連
続部抽出部、４０ 工具位置データ作成部、４１ 工具
位置判定部、４２ 指令速度決定部、４３ 工具位置決
定部、４４ 工具位置データバッファ部、５０ 段差部
抽出部。

フロントページの続き (72)発明者 高橋 宣行 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H269 AB01 BB05 CC02 DD05 EE01 QA05 9A001 BB02 BB03 BB06 GG03 HH34 JJ48 KK54

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 数値制御される装置の処理作用部を与え
   られた経路計画軌跡上において処理対象物の処理すべき
   処理面と接するように仮想的に配置して上記処理面の形
   状を評価するための複数の評価点を設定し評価データを
   作成する評価手段、上記評価データに基づき上記処理面
   の形状の不連続部を抽出する不連続部抽出手段、及び上
   記不連続部近傍において処理作用部の移動速度を所定の
   速度に減速するようにかつ上記処理面と接するように上
   記処理作用部を仮想的に配置して処理作用部位置を求め
   この求めた処理作用部位置を上記数値制御される装置に
   与える処理作用部位置データ作成手段を備えた数値制御
   装置。
2. 【請求項２】 評価手段、不連続部抽出手段及び処理作
   用部位置データ作成手段の動作はリアルタイムに行われ
   るものであることを特徴とする請求項１に記載の数値制
   御装置。
3. 【請求項３】 不連続部抽出手段は、連続する３つ以上
   の評価点に基づいて不連続部を抽出するものであること
   を特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
4. 【請求項４】 不連続部抽出手段は、連続する４つの評
   価点から、１番目の評価点から２番目の評価点に向かう
   第１のベクトルと３番目の評価点から４番目の評価点に
   向かう第２のベクトルのなす角度に基づいて不連続部を
   抽出するものであることを特徴とする請求項３に記載の
   数値制御装置。
5. 【請求項５】 不連続部抽出手段は、連続する４つの評
   価点から、１番目の評価点から２番目の評価点に向かう
   第１の単位ベクトルと２番目の評価点から３番目の評価
   点に向かう第２の単位ベクトルとの差である第１の差ベ
   クトルの方向と、上記第２の単位ベクトルと３番目の評
   価点から４番目の評価点に向かう第３の単位ベクトルの
   差である第２の差ベクトルの方向とに基づいて不連続部
   を抽出するものであることを特徴とする請求項３に記載
   の数値制御装置。
6. 【請求項６】 不連続部抽出手段は、連続する４つの評
   価点のうち、１番目、２番目及び３番目の評価点からこ
   の３つの評価点の近傍における第１の曲率ベクトルを算
   出し、２番目、３番目及び４番目の評価点からこの３つ
   の評価点の近傍における第２の曲率ベクトルを算出し、
   上記第１及び第２の曲率ベクトルに基づいて不連続部を
   抽出するものであることを特徴とする請求項３に記載の
   数値制御装置。
7. 【請求項７】 数値制御される装置の処理作用部を与え
   られた経路計画軌跡上において処理対象物の処理すべき
   処理面と接するように仮想的に配置して上記処理面の形
   状を評価するための複数の評価点を設定し上記処理面の
   形状を評価して評価データを作成し、上記評価データに
   基づき上記処理面の形状の不連続部を抽出し、上記不連
   続部近傍において処理作用部の移動速度を所定の速度に
   減速するようにかつ上記処理面と接するように上記処理
   作用部を仮想的に配置して処理作用部位置を求めこの求
   めた処理作用部位置を上記数値制御される装置に与える
   数値制御方法。