JP2008077352A - 数値制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】傾斜面を指定する方法が簡潔となり、短時間でプログラム作成および加工が可能となるような数値制御装置を提供する。
【解決手段】数値制御装置は、傾斜面の位置および姿勢を定義するパラメータを設定する手段と、パラメータから傾斜面の位置および姿勢を設定する手段と、パラメータを定めたときのワークの姿勢を指定する回転中心軸および基準角度を設定する手段と、現在のワークの回転中心軸周りの回転角度を取得する手段と、回転中心軸、基準角度および現在のワークの回転中心軸周りの回転角度に基づいてワークの回転角度が基準角度に一致するとき第１の座標系と一致し、ワークに固定される基準座標系を設定する手段と、第１の座標系からみた現在のワークの傾斜面上の第２の座標系の原点位置および姿勢を、基準座標系の原点位置および姿勢と傾斜面の位置および姿勢とを用いて設定する手段と、を備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、傾斜した座標系において指令を行うことができる数値制御装置に関するものである。

従来の回転軸を有する機械の数値制御装置では、機械のＸＹ平面に対してある角度だけ傾いた面、すなわち傾斜面をＸＹ平面とみなして加工プログラムを作成し、加工実行時には、プログラム上で指令された位置を傾斜面上の座標系から機械の座標系に座標変換して得られた位置をもとに機械可動部の位置を制御することにより、加工するワークの面に沿った座標系で加工プログラムを作成できるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
また、傾斜面に沿った座標系を指定する際には、傾斜面の座標系を指定した回転中心ベクトルまわりに指定した角度だけ回転させ、平行移動を行う操作を複数回組み合わせて行うと機械の座標系と一致するとした場合の回転軸方向とその軸周りの回転角度および平行移動量を用いて指定するようにしている（例えば、特許文献２参照）。

特開昭６０−１２６７０９号公報 特開平３−２６９６０４号公報

このような数値制御装置では、傾斜面の指定は機械の座標系を基準に行われる。すなわち、傾斜面を指定するためのパラメータ、すなわち回転中心ベクトルとその軸周りの回転軸角度および平行移動量は、機械の座標系における値を設定する必要があった。工作機械のテーブル側に回転機構を有する構成である場合、テーブル上に置かれたワークの位置および姿勢は、テーブルが回転することにより変化する。したがって、ワーク上の傾斜面に沿って座標系を定義するときには、傾斜面を指定するパラメータを現在の機械の座標系と傾斜面の姿勢の位置関係から算出する第一の方法、または、テーブル回転軸の回転角度が傾斜面を指定したパラメータを算出したときに想定していたテーブル回転軸の回転角度と一致するようにテーブルを回転させる第二の方法を採用する必要があった。

第一の方法を採用する場合、テーブルの回転軸角度が変化するたびに傾斜面を指定するパラメータを計算し直さねばならず、加工プログラムの作成が非常に煩雑かつ困難である。
また、第二の方法を採用する場合、傾斜面を指定するたびに、加工する上では本来移動させる必要のない位置にテーブルの回転軸角度を移動させなければならず、加工時間が余計に掛かったり、移動中のワークと機械や工具の干渉を回避する必要があったりするなどの問題がある。

また、このような数値制御装置では、傾斜面を指定する際に、図面上に記載されたワークの寸法や加工形状間の位置関係を直接用いることができず、これらの図面情報から回転軸まわりの回転角度などの傾斜面を指定するためのパラメータを求めることが必要であるが、複雑な形状のワークで傾斜面を多数設定しなければならない場合や、傾斜面を指定するための回転中心ベクトルが機械の座標系の座標軸に対して斜めに傾いている場合などでは、傾斜面を指定するためのパラメータを求めることが非常に困難であるという問題がある。

この発明の目的は、傾斜面を指定する方法が簡潔となり、短時間でプログラム作成および加工が可能となるような数値制御装置を提供することである。

この発明に係わる数値制御装置は、機械の駆動軸方向と座標軸方向が一致するように設定された第１の座標系と姿勢が異なる第２の座標系において指令された位置を上記第２の座標系から上記第１の座標系に座標変換して得られた位置に機械を移動させる数値制御装置において、上記傾斜面の位置および姿勢を定義するパラメータを設定する手段と、上記位置および姿勢を定義するパラメータから上記傾斜面の位置および姿勢を設定する手段と、上記パラメータを定めたときのワークの姿勢を指定する回転中心軸および基準角度を設定する手段と、現在の上記ワークの上記回転中心軸まわりの回転角度を取得する手段と、上記回転中心軸、上記基準角度および上記現在のワークの回転中心軸まわりの回転角度に基づいて上記ワークの回転角度が上記基準角度に一致するとき上記第１の座標系と一致し、上記ワークに固定される基準座標系を設定する手段と、上記第１の座標系からみた現在の上記ワークの傾斜面上の第２の座標系の原点位置および姿勢を、上記基準座標系の原点位置および姿勢と上記傾斜面の位置および姿勢とを用いて設定する手段と、を備える。

この発明に係わる数値制御装置の効果は、現在ワークが置かれている位置や姿勢に関係なく、ワーク上の加工したい形状の位置関係の情報のみを用いて傾斜面を定義するためのパラメータを決定することができるので、現在ワークが置かれている位置や姿勢をもとに傾斜面を定義するためのパラメータを求め直したり、ワークが置かれている位置や姿勢を傾斜面を定義するためのパラメータを定めたときに想定したワークの位置および姿勢に変更したりする作業が不要となり、加工を簡単に早く行うことができる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係わる数値制御装置の構成を示すブロック図である。
この発明の実施の形態１に係わる数値制御装置４０は、加工プログラム５０を読み込み、解析し、座標変換し、機械移動量を算出し、機械駆動部５４を制御してワークを加工する。
そして、実施の形態１に係わる数値制御装置４０は、図１に示すように、傾斜面のパラメータ設定手段１、回転中心軸・基準角度設定手段２、回転角度取得手段３、傾斜面の位置および姿勢設定手段４、基準座標系設定手段５、第１の座標系からみた第２の座標系の原点位置および姿勢設定手段６、プログラム解析部５１、座標変換部５２、機械移動指令計算部５３、第１の座標系からみた第２の座標系の原点位置および姿勢設定手段６、第１の座標系からみた第２の座標系の原点位置および姿勢取得手段７、姿勢パラメータ演算手段８および原点位置および姿勢パラメータ出力手段９を有する。

回転中心軸・基準角度設定手段２は、入力された回転中心軸の位置および回転軸方向と基準角度を基準座標系設定手段５に設定する。
回転角度取得手段３は、入力された現在のワークの姿勢における回転中心軸まわりの回転角度を基準座標系設定手段５に設定する。
基準座標系設定手段５は、回転中心軸の位置および回転軸方向、基準角度および現在の回転角度から、回転角度が基準角度と一致するとき第１の座標系と一致するとともに、ワークに固定された座標系である基準座標系を求め、第１の座標系からみた第２の座標系の原点位置および姿勢設定手段６に設定する。
基準座標系は、機械の各駆動軸の方向に基づいて定められた第１の座標系からみた基準座標系の原点位置および姿勢として表現される。

また、傾斜面のパラメータ設定手段１は、入力された傾斜面のパラメータを傾斜面の位置および姿勢設定手段４に設定する。
傾斜面の位置および姿勢設定手段４は、傾斜面のパラメータから傾斜面の位置および姿勢を求め、第１の座標系からみた第２の座標系の原点位置および姿勢設定手段６に設定する。
第１の座標系からみた第２の座標系の原点位置および姿勢設定手段６は、傾斜面の位置および姿勢と、第１の座標系からみた基準座標系の原点位置および姿勢とから、第１の座標系からみた第２の座標系の原点位置および姿勢を求め、この第１の座標系からみた第２の座標系の原点位置および姿勢を座標変換部５２に設定する。

プログラム解析部５１は、加工プログラム５０を読み込んで、補間周期ごとの第２の座標系における位置指令を求め、座標変換部５２に出力する。
座標変換部５２は、設定されている第１の座標系からみた第２の座標系の原点位置および姿勢に基づき、入力された第２の座標系における位置指令を第１の座標系における位置指令に変換して、機械移動指令計算部５３に出力する。
機械移動指令計算部５３は、第１の座標系での位置指令から、機械の各駆動軸の位置指令を求め、機械駆動部５４に出力する。
機械駆動部５４は、機械の各駆動軸の位置指令に機械各軸が追従するように機械の駆動部を駆動させる。

また、第１の座標系からみた第２の座標系の原点位置および姿勢取得手段７は、座標変換部５２より、第１の座標系からみた第２の座標系の原点位置および姿勢を取得して、姿勢パラメータ演算手段８に出力する。
姿勢パラメータ演算手段８は、姿勢を表す座標変換行列から所定の形式の姿勢パラメータを求め、さらに第１の座標系からみた第２の座標系の原点位置とともに、原点位置および姿勢パラメータ出力手段９に出力する。
原点位置および姿勢パラメータ出力手段９は、第１の座標系からみた第２の座標系の原点位置と姿勢パラメータを数値制御装置４０の図示しない操作画面に表示する。

次に、この実施の形態１に係わる数値制御装置４０の動作について説明する。図２は、この実施の形態１における機械とワークの位置関係を表した図である。
加工プログラム５０を作成するとき、図２の実線で表すようにワーク１０が置かれ、第１の座標系１２からみた傾斜面２１の原点位置および傾斜面２１上の第２の座標系１３が作成される。
ワーク１０の基準面に第１の座標系１２が、機械の駆動軸方向と座標軸方向が一致するように設定されている。この第１の座標系１２は、工作機械の数値制御の分野ではワーク座標系と呼ばれる。加工プログラム作成時には、ワーク１０の基準面が第１の座標系１２のＺ軸に垂直になるようなワーク１０の姿勢を想定していたが、実際の加工時には回転中心軸まわりに回転角度θ_ｒｏｔだけ回転したワーク１１の姿勢（図２の点線で示す）で加工するものとする。加工プログラム作成時の回転中心軸まわりの回転角度を０°と定義する。このときの回転角度が基準角度となるので、基準角度は０°となる。第１の座標系１２における回転中心軸１６の位置をｐ_ｒｏｔとし、回転軸方向の単位ベクトルをｒ_ｒｏｔとする。加工プログラムでは、ＸＹ平面が加工したい傾斜面２１と一致するように定義された第２の座標系（加工プログラムを作成したときの第２の座標系１３）上の位置を指令するものとする。

ここで、傾斜面のパラメータ設定手段１と傾斜面の位置および姿勢設定手段４の動作を説明する。
第１の座標系１２からみた加工プログラムを作成したときの第２の座標系１３の原点位置をｐ_ｏｆｓ、姿勢を表す座標変換行列をＲとする。ここで、座標変換行列Ｒは、もとの座標系からみた、姿勢を表したい座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の座標軸方向単位ベクトルを列ベクトルとする３行３列の行列と定義する。すなわち、座標変換行列Ｒは第１の座標系１２からみた、加工プログラムを作成したときの第２の座標系１３のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の座標軸方向単位ベクトルを列ベクトルとする３行３列の行列となる。通常、傾斜面２１の姿勢は座標変換行列よりも簡便な形式で指定される。この指定方式には多数の形式があるが、ここでは一例としてロール角、ピッチ角およびヨー角を用いる。これは、第１の座標系１２をＸ軸まわりにロール角θ_Ｒ回転させ、回転させた後の座標系のＹ軸まわりにピッチ角θ_Ｐ回転させ、さらに回転させた後の座標系のＺ軸まわりにヨー角θ_Ｙ回転させたときの座標系の座標軸方向が第２の座標系１３の座標軸方向と一致するようなロール角θ_Ｒ、ピッチ角θ_Ｐおよびヨー角θ_Ｙで姿勢を表すものである。ロール角θ_Ｒ、ピッチ角θ_Ｐ、ヨー角θ_Ｙを用いると座標変換行列Ｒは式（１）のように表される。

図２に示した例の傾斜面２１の姿勢を表すパラメータは、ロール角０°、ピッチ角４５°、ヨー角０°である。この座標変換行列Ｒと第２の座標系１３の原点位置ｐ_ｏｆｓが、傾斜面２１を指定するパラメータとなる。この傾斜面２１を指定するパラメータは、通常は加工プログラムに記述される。傾斜面のパラメータ設定手段１では、第１の座標系１２からみた加工プログラムを作成したときの第２の座標系１３の原点位置ｐ_ｏｆｓと姿勢を指定するパラメータ、すなわちロール角θ_Ｒ、ピッチ角θ_Ｐ、ヨー角θ_Ｙを加工プログラムなどから取得して、傾斜面の位置および姿勢設定手段４に設定する。
そして、傾斜面の位置および姿勢設定手段４では、第１の座標系１２からみた加工プログラムを作成したときの第２の座標系１３の原点位置ｐ_ｏｆｓと姿勢を表す座標変換行列Ｒを、第１の座標系からみた第２の座標系の原点位置および姿勢設定手段６に設定する。

次に、回転中心軸・基準角度設定手段２、回転角度取得手段３および基準座標系設定手段５の動作について説明する。
機械に設置したときのワークの姿勢が加工プログラムを作成したときのワークの姿勢と異なる場合、図２から明らかなように、加工プログラムを作成したときの傾斜面２１のパラメータをそのまま用いると、加工したい傾斜面とは異なる位置・姿勢の傾斜面を指定してしまうことになる。
すなわち、機械に設置したとき、第２の座標系１５を第２の座標系に設定しなければならないが、そのままでは加工プログラムを作成したときの第２の座標系１３を第２の座標系に設定してしまい、この座標系上においてプログラムで指令された形状を加工する。
したがって、従来の数値制御装置においてこの問題から回避するには、第１の座標系１２からみた、機械に設置したときの第２の座標系１５の原点位置およびロール角、ピッチ角およびヨー角などの姿勢パラメータを求め直したり、ワークを加工プログラムを作成したときのワークの姿勢と同じ姿勢に置き直したりしてから加工を行う必要があった。

一方、この実施の形態１では、次のように基準座標系を導入することでこのようなワークの姿勢においても同じ傾斜面のパラメータで加工を行うことができるようにしている。 すなわち、回転中心軸まわりの回転角度が基準角度のときに第１の座標系１２と一致し、ワークに固定された座標系を基準座標系１４とし、第１の座標系１２からみた基準座標系１４の原点位置と姿勢を求める。
この実施の形態１では、第１の座標系１２を回転中心軸１６まわりに、機械に設置したときの回転角度θ_ｒｏｔだけ回転させた座標系が基準座標系１４となる。第１の座標系１２からみた基準座標系１４の原点位置をｐ_{ｏｆｓｓｔｄ}、座標変換行列をＲ_ｓｔｄとする。このとき、基準座標系１４の原点位置ｐ_{ｏｆｓｓｔｄ}と座標変換行列Ｒ_ｓｔｄは、それぞれ式（２）と式（３）で表される。なお、関数Ｒｏｔ（ｒ，θ）は、単位方向ベクトルｒ＝（ｒ_１，ｒ_２，ｒ_３）のまわりにベクトルをθだけ回転させるための行列であり、式（４）で表される。

回転中心軸・基準角度設定手段２と回転角度取得手段３は、それぞれ回転中心軸、基準角度と回転角度を作業者があらかじめパラメータとして入力しておいた値を取得して、基準座標系設定手段５に設定する。
次に、基準座標系設定手段５では、第１の座標系１２からみた基準座標系１４の原点位置ｐ_{ｏｆｓｓｔｄ}と、姿勢を表す座標変換行列Ｒ_ｓｔｄを式（２）および式（３）から求めて、第１の座標系からみた第２の座標系の原点位置および姿勢設定手段６に設定する。

次に、第１の座標系からみた第２の座標系の原点位置および姿勢設定手段６の動作について説明する。
第１の座標系からみた第２の座標系の原点位置および姿勢設定手段６では、第１の座標系１２からみた第２の座標系１３の原点位置ｐ_{ｏｆｓ１２}と姿勢を表す座標変換行列Ｒ_１２を次のようにして求める。まず、第１の座標系１２から基準座標系１４への変換を同次変換行列Ｔ_ｓｔｄで表す。なお、同次変換行列については、Ｒ．Ｐ．ポール著、「ロボット・マニピュレータ数学的基礎、プログラミングおよび制御」、コロナ社、１９８９年９月に詳細な記述がある。

同次変換行列Ｔ_ｓｔｄは、第１の座標系１２からみた基準座標系１４の原点位置ｐ_{ｏｆｓｓｔｄ}と、姿勢を表す座標変換行列Ｒ_ｓｔｄを用いて式（５）のように表される。ただし、同次変換行列Ｔ_ｓｔｄの０要素は１行３列のゼロベクトルを表す。

次に、基準座標系１４から第２の座標系１５への変換を同次変換行列Ｔ_２で表す。基準座標系１４からみた第２の座標系１５の原点位置および姿勢は、第１の座標系１２からみた、加工プログラムを作成した時の第２の座標系１３の原点位置および姿勢と等しいので、同次変換行列Ｔ_２は第１の座標系１２からみた加工プログラムを作成したときの第２の座標系１３の原点位置ｐ_ｏｆｓと姿勢を表す座標変換行列Ｒを用いて式（６）のように表される。
第１の座標系１２から第２の座標系１５への変換を表す同次変換行列Ｔ_１２は、同次変換行列Ｔ_ｓｔｄと同次変換行列Ｔ_２の積であり、式（７）のように表される。
したがって、第１の座標系１２からみた第２の座標系１５の原点位置ｐ_{ｏｆｓ１２}と姿勢を表す座標変換行列Ｒ_１２は式（８）および式（９）で表される。

第１の座標系からみた第２の座標系の原点位置および姿勢設定手段６では、式（８）および式（９）の演算により求められた、第１の座標系１２からみた第２の座標系１５の原点位置ｐ_{ｏｆｓ１２}と姿勢を表す座標変換行列Ｒ_１２を座標変換部５２に設定する。
次に、プログラム解析部５１、座標変換部５２、機械移動指令計算部５３および機械駆動部５４の動作について説明する。
プログラム解析部５１では、加工プログラム５０を読み込んで、プログラムの指令内容を読みとり、移動区間毎の始点と終点を計算する。加工プログラムにおける位置指令は、第２の座標系１３上の座標値で指令されている。
さらに、移動区間毎の始点と終点の間を、直線補間や円弧補間などのプログラム上に指令された方法で補間し、各補間点での位置指令を計算する。

次に、座標変換部５２では、各補間点での位置指令について第２の座標系１５から第１の座標系１２への座標変換を行う。補間点での位置指令の第２の座標系１５上での座標値をｐ_ｒｅｆ２で表すと、その点の第１の座標系１２上での座標値ｐ_ｒｅｆ１は式（１０）のように表される。

機械移動指令計算部５３では、各補間点での第１の座標系１２における位置指令の各軸の値に対して加減速処理を行い、機械各軸の移動指令を求める。
機械駆動部５４では、機械各軸の位置が機械各軸の移動指令に追従するように機械各軸を駆動させる。
なお、この実施の形態１では、補間後の位置指令について座標変換を行ったが、各移動区間の始点と終点の位置指令について座標変換を行い、座標変換後の位置指令について補間を行って、補間点での位置指令を求めてもよい。

次に、第２の座標系の原点位置および姿勢取得手段７、姿勢パラメータ演算手段８および原点位置および姿勢パラメータ出力手段９の動作について説明する。
第２の座標系の原点位置および姿勢取得手段７は、現在設定されている第２の座標系１５について、第１の座標系１２からみた第２の座標系１５の原点位置ｐ_{ｏｆｓ１２}と姿勢を表す座標変換行列Ｒ_１２を座標変換部５２から取得し、姿勢パラメータ演算手段８に送る。

姿勢パラメータ演算手段８では、送られてきた第１の座標系１２からみた第２の座標系１５の原点位置ｐ_{ｏｆｓ１２}と姿勢を表す座標変換行列Ｒ_１２のうち、第１の座標系１２からみた第２の座標系１５の座標変換行列Ｒ_１２から、所定の形式の姿勢パラメータを求める。姿勢パラメータの形式は多く存在するが、ここでは一例としてロール角、ピッチ角およびヨー角の場合について説明する。
ロール角θ_Ｒ１、ピッチ角θ_Ｐ１、ヨー角θ_Ｙ１を第１の座標系１２からみた第２の座標系１５の座標変換行列Ｒ_１２から求めるためには、式（１）からロール角θ_Ｒ、ピッチ角θ_Ｐ、ヨー角θ_Ｙについて解けばよく、その計算式はそれぞれ式（１１）、式（１２）、式（１３）である。ここで、ｒ_ｉｊはＲ_１２のｉ行ｊ列の成分を表す。

原点位置および姿勢パラメータ出力手段９は、姿勢パラメータ演算手段８で求めた姿勢パラメータすなわちロール角θ_Ｒ１、ピッチ角θ_Ｐ１、ヨー角θ_Ｙ１と、第２の座標系の原点位置および姿勢取得手段７で取得した第１の座標系１２からみた第２の座標系１５の原点位置ｐ_{ｏｆｓ１２}を数値制御装置４０の操作画面に出力する。

このように実施の形態１に係わる数値制御装置４０は、現在ワークが置かれている位置や姿勢に関係なく、ワーク上の加工したい形状の位置関係の情報のみを用いて、傾斜面を定義するためのパラメータを決定することができるので、ワークが置かれている位置や姿勢が変化したとき傾斜面を定義するためのパラメータを求め直したり、ワークが置かれている位置や姿勢を、傾斜面を定義するためのパラメータを定めたときに想定したワークの位置および姿勢に合わせたりする作業が不要となり、加工を簡単に早く行うことができる。

また、実施の形態１に係わる数値制御装置４０は、現在設定されている傾斜面の位置と姿勢の情報を操作画面等に出力することにより、次の加工プログラム指令によって工具がどのように移動するかを作業者が把握できるようになり、作成した加工プログラムの動作確認を行う際にプログラム作成ミスによるワークと工具や機械との干渉を未然に検知することができる。

実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２に係わる数値制御装置の構成を示すブロック図である。
この発明の実施の形態２に係わる数値制御装置４０Ｂは、図３に示すように、実施の形態１に係わる数値制御装置４０の回転中心軸・基準角度設定手段２と回転角度取得手段３の代わりにテーブル回転軸の回転中心軸・基準角度設定手段１８とテーブル回転角度取得手段１９を有することが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
テーブル回転角度取得手段１９は、プログラム解析部５１から機械のテーブル回転軸の角度を取得する。

次に、この実施の形態２に係わる数値制御装置４０Ｂの動作について説明する。図４は、この実施の形態２における傾斜面のパラメータを設定した時の機械とワークの位置関係を表した図である。
第１の座標系１２は、実施の形態１と同様に、機械の駆動軸方向と座標軸方向が一致するように設定されている。しかし、実施の形態１と異なり、機械のテーブルが回転機構を有し、Ｘ軸まわりに回転する第１回転テーブル２６の上に、Ｚ軸まわりに回転する第２回転テーブル２７が載る構造となっている。以下の説明においては、第１回転テーブル２６の回転軸をＡ軸２４、第２回転テーブル２７の回転軸をＣ軸２５と呼ぶ。傾斜面２１のパラメータを設定する時のＡ軸２４とＣ軸２５の回転角度はともに０°であったとする。このときのＡ軸２４とＣ軸２５の回転角度を基準角度とする。

傾斜面のパラメータ設定手段１と傾斜面の位置および姿勢設定手段４の動作は、実施の形態１と同様であり、第１の座標系１２からみた加工プログラムを作成したときの第２の座標系１３の原点位置ｐ_ｏｆｓと姿勢を表す座標変換行列Ｒが、第１の座標系からみた第２の座標系の原点位置および姿勢設定手段６に設定される。

次に、テーブル回転軸の回転中心軸・基準角度設定手段１８、テーブル回転角度取得手段１９および基準座標系設定手段５の動作について説明する。図５は、この実施の形態２における、加工を開始するときの機械とワークの位置関係を表した図である。
加工を開始するときには、Ａ軸２４とＣ軸２５が基準角度と異なる角度に移動し、ワーク３０の姿勢が傾斜面２１のパラメータを設定したときとは異なった姿勢となっている。このような場合、第１の座標系１２から、本来加工したい傾斜面に沿った座標系（加工を開始するときの第２の座標系３２）を設定するための傾斜面のパラメータは、最初に設定した傾斜面のパラメータとは異なる値となる。したがって、従来の数値制御装置においてこの問題を回避するには、第１の座標系１２からみた、加工を開始するときの第２の座標系３２の原点位置およびロール角、ピッチ角およびヨー角などの姿勢パラメータを求め直したり、Ａ軸２４とＣ軸２５をそれぞれ基準角度に割り出したりしてから加工を開始する必要があった。

一方、この実施の形態２では、次のように基準座標系を導入することで加工開始時のＡ軸２４とＣ軸２５の回転角度が基準角度と異なるような場合においても同じ傾斜面２１のパラメータで加工を行うことができるようにしている。
Ａ軸２４とＣ軸２５が基準角度のときに第１の座標系１２と一致し、ワーク３０に固定された座標系を基準座標系３１とし、第１の座標系１２からみた基準座標系３１の原点位置と姿勢を求める。
この実施の形態２では、第１の座標系１２を、Ｘ軸まわりに現在のＡ軸２４の角度だけ回転させ、さらに回転後の座標系のＺ軸まわりに現在のＣ軸２５の角度だけ回転させた座標系を基準座標系３１とする。第１の座標系１２からみた基準座標系３１の原点位置および姿勢を表す座標変換行列は、実施の形態１と同様の演算を行うことにより求めることができる。但し、この実施の形態２では、実施の形態１と異なり、回転の操作をＡ軸２４とＣ軸２５に関して２回連続して行うこととなる。
テーブル回転軸の回転中心軸・基準角度設定手段１８は、テーブル回転中心軸の位置と回転軸方向ならびに基準角度を作業者があらかじめパラメータとして入力しておいた値を取得して、基準座標系設定手段５に設定する。

また、テーブル回転角度取得手段１９は、加工を開始するときのテーブル回転軸の回転角度をプログラム解析部５１から取得して、基準座標系設定手段５に設定する。テーブル回転角度取得手段１９から取得できるのはプログラムで指令された回転角度であるが、機械駆動部５４においてテーブル回転軸の回転角度は指令された回転角度に追従されるように駆動されるため、指令された回転角度を現在のテーブル回転軸の回転角度として用いることができる。
なお、加工を開始するときのテーブル回転軸の回転角度を、機械駆動部５４に角度検出器をとりつけて取得するようにしてもよい。

次に、基準座標系設定手段５では、第１の座標系１２からみた基準座標系３１の位置と、姿勢を表す座標変換行列を上記の演算により求めて、第１の座標系からみた第２の座標系の原点位置および姿勢設定手段６に設定する。
第１の座標系からみた第２の座標系の原点位置および姿勢設定手段６における動作は、実施の形態１の場合と同様であり、実施の形態１の場合と同様の演算により第１の座標系１２からみた第２の座標系３２の原点位置と姿勢を表す座標変換行列を求めて座標変換部５２に設定する。

プログラム解析部５１、座標変換部５２、機械移動指令計算部５３、機械駆動部５４、第１の座標系からみた第２の座標系の原点位置および姿勢取得手段７、姿勢パラメータ演算手段８、原点位置および姿勢パラメータ出力手段９の動作は、実施の形態１における動作とまったく同様である。

このように実施の形態２に係わる数値制御装置４０Ｂは、テーブルの回転軸の回転角度の値に関係なく、ワーク上の加工したい形状の位置関係の情報のみを用いて傾斜面を定義するためのパラメータを決定することができるので、現在のテーブルの回転軸の回転角度をもとに傾斜面を定義するためのパラメータを求め直したり、テーブルの回転軸の回転角度を傾斜面のパラメータを定めたときに想定した回転角度に変更したりする作業が不要となり、傾斜面の指定をより簡単に早く設定できるようになって、加工を簡単に早く行うことができる。
また、第１の座標系から基準座標系に至るまでの回転操作を異なる回転中心軸周りにそれぞれ指定した基準角度分回転させる操作とすることにより、第１の座標系と基準座標系との間の関係について、より自由度の高い設定が可能となるため、傾斜面を定義するためのパラメータの定義を作業者にとってよりわかりやすいワークの姿勢において行うことができるようになり、傾斜面の指定をより簡単に早く設定できるようになるという効果がある。
また、回転軸を有するテーブルを備える機械の場合でも、傾斜面を指定するためのパラメータを、テーブルの回転軸の回転角度がどのような角度であっても、常に決まった角度におけるパラメータで定義することができるようになり、傾斜面の指定をより簡単に早く設定できる。

なお、この実施の形態２では、テーブルの回転軸の軸数が２であり、回転軸がＸ軸まわりとＺ軸まわりである場合について説明したが、軸数が２以外であってもよく、また回転軸はいずれの方向であってもよい。

実施の形態３．
図６は、この発明の実施の形態３に係わる数値制御装置の構成を示すブロック図である。
この発明の実施の形態３に係わる数値制御装置４０Ｃは、図６に示すように、実施の形態１に係わる数値制御装置４０の傾斜面のパラメータ設定手段１、回転中心軸・基準角度設定手段２、回転角度取得手段３、傾斜面の位置および姿勢設定手段４、基準座標系設定手段５および第１の座標系からみた第２の座標系の原点位置および姿勢設定手段６の代わりに座標系回転中心軸・回転角度設定手段５５、第１の座標系から見た現在の第２の座標系の原点位置および姿勢取得手段５６および第１の座標系から見た新しい第２の座標系の原点位置および姿勢設定手段５７を有することが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。

座標系回転中心軸・回転角度設定手段５５は、入力された座標系回転中心軸の位置と軸方向ベクトルとそのベクトルまわりの回転角度を、第１の座標系からみた新しい第２の座標系の原点位置および姿勢設定手段５７に設定する。
第１の座標系から見た現在の第２の座標系の原点位置および姿勢取得手段５６は、座標変換部５２から第１の座標系から見た現在の第２の座標系の原点位置および姿勢を取得して、第１の座標系からみた新しい第２の座標系の原点位置および姿勢設定手段５７に設定する。

第１の座標系から見た新しい第２の座標系の原点位置および姿勢設定手段５７は、座標系回転中心軸の位置と軸方向ベクトルとそのベクトルまわりの回転角度と、第１の座標系から見た現在の第２の座標系の原点位置および姿勢から、第１の座標系からみた新しい第２の座標系の原点位置および姿勢を求めて座標変換部５２に設定する。

次に、この実施の形態３に係わる数値制御装置４０Ｃの動作について説明する。図７は、この実施の形態３における加工ワークの形状を表した図である。
実施の形態３に係わる加工ワーク７０は、円柱であり、外周に沿って同一形状の６つの面に加工する。各面には、面に沿った座標軸７２、７３、７４、７５、７６、７７が設定されている。また、第１の座標系１２が、機械の駆動軸方向と座標系回転中心軸７８が一致するように設定されている。
この場合、最初にひとつの面に沿った座標系を第２の座標系に設定して、異なる面に対しては、座標系回転中心軸７８まわりに所定の回転角度だけ回転させて別の新しい第２の座標系として設定することを順次行えば、簡単にすべての面を同一の加工プログラムで加工することができる。

第１の座標系１２における座標系回転中心軸７８の位置をｐ_ｃｒｏｔ、座標系回転中心軸７８の軸方向ベクトルをｒ_ｃｒｏｔとおく。また、最初の時点で、第２の座標系として、１番目に第２の座標系７２が設定されているものとする。
第１の座標系から見た現在の第２の座標系の原点位置および姿勢取得手段５６は、座標変換部５２に設定されている、第１の座標系１２から見た現在の第２の座標系７２の原点位置ｐ_{ｏｆｓｐｒｅｖ}および姿勢を表す座標変換行列Ｒ_ｐｒｅｖを取得して、第１の座標系からみた新しい第２の座標系の原点位置および姿勢設定手段５７に設定する。

座標系回転中心軸・回転角度設定手段５５は、入力された座標系回転中心軸７８の位置ｐ_ｃｒｏｔ、軸方向ベクトルｒ_ｃｒｏｔおよびそのベクトルまわりの回転角度θ_ｃｒｏｔを、第１の座標系からみた新しい第２の座標系の原点位置および姿勢設定手段５７に設定する。座標系回転中心軸７８の位置ｐ_ｃｒｏｔ、軸方向ベクトルｒ_ｃｒｏｔおよびそのベクトルまわりの回転角度θ_ｃｒｏｔは、通常は加工プログラムに記述される。
第１の座標系から見た新しい第２の座標系の原点位置および姿勢設定手段５７は、座標系回転中心軸７８の位置と軸方向ベクトルとそのベクトルまわりの回転角度と、第１の座標系１２から見た現在の第２の座標系７２の原点位置および姿勢を表す座標変換行列から、第１の座標系１２からみた新しい第２の座標系７３の原点位置ｐ_{ｏｆｓｎｅｗ}および姿勢Ｒ_ｎｅｗを求める。第１の座標系１２からみた新しい第２の座標系７３の原点位置ｐ_{ｏｆｓｎｅｗ}および姿勢を表す座標変換行列Ｒ_ｎｅｗは、式（１４）、式（１５）により求める。

そして、第１の座標系から見た新しい第２の座標系の原点位置および姿勢設定手段５７は、式（１４）、式（１５）の演算により求めた第１の座標系１２からみた新しい第２の座標系７３の原点位置ｐ_{ｏｆｓｎｅｗ}および姿勢を表す座標変換行列Ｒ_ｎｅｗを座標変換部５２に設定する。このようにして現在の第２の座標系７２の原点位置および姿勢から、新しい第２の座標系７３の原点位置および姿勢を求めることができ、これを繰り返すことにより、他の第２の座標系７４〜７７の原点位置および姿勢を求めることができる。

プログラム解析部５１、座標変換部５２、機械移動指令計算部５３、機械駆動部５４、第１の座標系からみた第２の座標系の原点位置および姿勢取得手段７、姿勢パラメータ演算手段８、原点位置および姿勢パラメータ出力手段９の動作は、実施の形態１における動作とまったく同様であるので、説明は省略する。

この実施の形態３によれば、丸物ワークの外周上の複数の場所に同一形状を加工するような場合や、円周上の複数の場所に同一形状を加工するような場合は、複数の加工する場所のうちのある場所を基準としたときに、それぞれの加工する場所がある円の座標系回転中心軸７８と、それぞれの場所の基準とした場所からの回転角度は、図面から容易に読み取ることができ、この座標系回転中心軸７８と回転角度を指定するだけで、それぞれの場所を加工するための傾斜面加工のパラメータを求めることなしに、所望の加工を行うことができるようになり、加工を簡単に早く行うことができるようになるという効果がある。

実施の形態４．
図８は、この発明の実施の形態４に係わる数値制御装置の構成を示すブロック図である。
この発明の実施の形態４に係わる数値制御装置４０Ｄは、図８に示すように、実施の形態１に係わる数値制御装置４０の傾斜面のパラメータ設定手段１、回転中心軸・基準角度設定手段２、回転角度取得手段３、傾斜面の位置および姿勢設定手段４および基準座標系設定手段５の代わりに第１の基準座標値設定手段５８および第２の基準座標値設定手段５９を有することが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。

第１の基準座標値設定手段５８は、入力された第１の基準座標値を第１の座標系からみた第２の座標系の原点位置および姿勢設定手段６に設定する。
第２の基準座標値設定手段５９は、入力された第２の基準座標値を第１の座標系からみた第２の座標系の原点位置および姿勢設定手段６に設定する。
第１の座標系からみた第２の座標系の原点位置および姿勢設定手段６は、第１の基準座標値と第２の基準座標値から第１の座標系からみた第２の座標系の原点位置および姿勢を求めて座標変換部５２に設定する。

次に、この実施の形態４に係わる数値制御装置の動作について説明する。図９は、この実施の形態４における第２の座標系の設定方法を示した図である。図９（ａ）には、機械テーブル１７に設置したワーク８０が表されている。そして、傾斜面２１の同一直線上に並ばない３点の座標系指定用基準点を第１の座標系８２からみた位置ベクトル８５、８６、８７を図示してある。また、傾斜面２１には第２の座標系８３が指定されている。
また、図９（ｂ）には、図面に記載された傾斜面の加工形状８１が表されている。そして、加工プログラムにおける指令位置が属する座標系８４と加工プログラムにおける指令位置が属する座標系８４からみた座標系指定用基準点の位置ベクトル８８、８９、９０が図示されている。

まず、作業者は図面に記載された加工形状８１のうち、同一直線上にない３点をえらんで座標系指定用基準点とし、加工プログラムにおける指令値が属する座標系８４からみた各座標系指定用基準点の位置を図面から読み取って、第１の基準座標値とする。
次に、ワーク８０を機械に設置し、機械の第１の座標系８２からみた各座標系指定用基準点の位置を、タッチプローブ等を用いて測定し、第２の基準座標値とする。なお、第１の座標系８２は、機械の駆動軸方向と座標軸方向が一致するように設定されている。

第１の基準座標値をｐ_１１、ｐ_１２、ｐ_１３、第２の基準座標値をｐ_２１、ｐ_２２、ｐ_２３とする。第１の座標系８２からみた第１の基準座標値における位置と、第２の座標系８３が設定されたと仮定したときのその座標系からみた第２の基準座標値における位置が一致するように、第１の座標系８２からみた第２の座標系８３の原点位置および姿勢を表す座標変換行列を定めることにより、指定した傾斜面での指定した形状の加工を行うことができる。

第１の基準座標値ｐ_１１、ｐ_１２、ｐ_１３、第２の基準座標値ｐ_２１、ｐ_２２、ｐ_２３を用いて第１の座標系８２からみた第２の座標系の原点位置ｐ_ｏｆｓ３および姿勢を表す座標変換行列Ｒ_３を求める手順を以下で説明する。
第１の基準座標値ｐ_１１、ｐ_１２、ｐ_１３は、第２の基準座標値ｐ_２１、ｐ_２２、ｐ_２３、第１の座標系からみた第２の座標系の原点位置ｐ_ｏｆｓ３および姿勢を表す座標変換行列Ｒ_３から式（１６）、式（１７）、式（１８）に従って求める。

これらの式から式（１９）、式（２０）の関係式を得る。

したがって、ｒ_１１、ｒ_１２、ｒ_１３、ｒ_２１、ｒ_２２、ｒ_２３をそれぞれ式（２１）、式（２２）、式（２３）、式（２４）、式（２５）、式（２６）とすると、式（２７）の関係式が得られる。なお、記号×はベクトルの外積を表す。

そして、式（２７）の右辺の右側の行列から、３点の座標系指定用基準点が同一直線上にない場合には逆行列を求めることができ、座標変換行列Ｒ_３は式（２８）により求めることができる。この式（２８）と式（１６）を用いて、ｐ_ｏｆｓ３を式（２９）により求めることができる。

第１の基準座標値および第２の基準座標値は通常は加工プログラムに記述されて入力される。
第１の基準座標値設定手段５８および第２の基準座標値設定手段５９は、入力された第１の基準座標値と第２の基準座標値を第２の座標系の原点位置および姿勢設定手段６に設定する。
第１の座標系からみた第２の座標系の原点位置および姿勢設定手段６は、第１の基準座標値と第２の基準座標値から、上記の演算により第１の座標系からみた第２の座標系の原点位置および姿勢を求めて座標変換部５２に設定する。

なお、プログラム解析部５１、座標変換部５２、機械移動指令計算部５３、機械駆動部５４、第１の座標系からみた第２の座標系の原点位置および姿勢取得手段７、姿勢パラメータ演算手段８および原点位置および姿勢パラメータ出力手段９の動作は、実施の形態１における動作とまったく同様であるので、説明は省略する。

このように実施の形態４に係わる数値制御装置は、図面上に記載された形状における各基準点の位置情報と、ワークを機械に設置したときの各基準点の位置を測定して得られた位置情報を設定するだけで、図面上の情報から複雑な計算を行って傾斜面を指定するためのパラメータを求めることなしに、指定した傾斜面での指定した形状の加工を行うことができ、加工を簡単に早く行うことができるようになるという効果がある。

この発明の実施の形態１に係わる数値制御装置の構成を示すブロック図である。 この実施の形態１における機械とワークの位置関係を表した図である。 この発明の実施の形態２に係わる数値制御装置の構成を示すブロック図である。 この実施の形態２における傾斜面のパラメータを設定した時の機械とワークの位置関係を表した図である。 この実施の形態２における加工を開始するときの機械とワークの位置関係を表した図である。 この発明の実施の形態３に係わる数値制御装置の構成を示すブロック図である。 この実施の形態３における加工ワークの形状を表した図である。 この発明の実施の形態４に係わる数値制御装置の構成を示すブロック図である。 この実施の形態４における第２の座標系の設定方法を示した図である。

符号の説明

１ 傾斜面のパラメータ設定手段、２ 回転中心軸・基準角度設定手段、３ 回転角度取得手段、４ 傾斜面の位置および姿勢設定手段、５ 基準座標系設定手段、６ 第１の座標系からみた第２の座標系の原点位置および姿勢設定手段、７ 第１の座標系からみた第２の座標系の原点位置および姿勢取得手段、８ 姿勢パラメータ演算手段、９ 原点位置および姿勢パラメータ出力手段、１０、２０ 加工プログラムを作成した時のワーク、１１ 機械に設置したときのワーク、１２ 第１の座標系、１３ 加工プログラムを作成したときの第２の座標系、１４ 基準座標系、１５ 機械に設置したときの第２の座標系、１６ 回転中心軸、１７ 機械テーブル、１８ テーブル回転軸の回転中心軸・基準角度設定手段、１９ テーブル回転角度取得手段、２１ 傾斜面、２４ 第１回転テーブルの回転中心軸（Ａ軸）、２５ 第２回転テーブルの回転中心軸（Ｂ軸）、２６ 第１回転テーブル、２７ 第２回転テーブル、３０ 加工を開始するときのワーク、３１ 基準座標系、３２ 加工を開始するときの第２の座標系、４０ 数値制御装置、５０ 加工プログラム、５１ プログラム解析部、５２ 座標変換部、５３ 機械移動指令計算部、５４ 機械駆動部、５５ 座標系回転中心軸・回転角度設定手段、５６ 第１の座標系からみた現在の第２の座標系の原点位置および姿勢取得手段、５７ 第１の座標系からみた新しい第２の座標系の原点位置および姿勢設定手段、５８ 第１の基準座標値設定手段、５９ 第２の基準座標値設定手段、７０ 加工ワーク、７２〜７７ 機械に設置したときの第２の座標系、７８ 座標系回転中心軸、８０ 機械に設置したワーク、８１ 図面に記載された加工形状、８２ 第１の座標系、８３ 第２の座標系、８４ 加工プログラムにおける指令位置が属する座標系、８５〜８７ 第１の座標系からみた座標系指定用基準点の位置ベクトル、８８〜９０ 加工プログラムにおける指令位置が属する座標系からみた座標系指定用基準点の位置ベクトル。

Claims (6)

1. 機械の駆動軸方向と座標軸方向が一致するように設定された第１の座標系と姿勢が異なる第２の座標系において指令された位置を上記第２の座標系から上記第１の座標系に座標変換して得られた位置に機械を移動させる数値制御装置において、
   上記傾斜面の位置および姿勢を定義するパラメータを設定する手段と、
   上記位置および姿勢を定義するパラメータから上記傾斜面の位置および姿勢を設定する手段と、
   上記パラメータを定めたときのワークの姿勢を指定する回転中心軸および基準角度を設定する手段と、
   現在の上記ワークの上記回転中心軸まわりの回転角度を取得する手段と、
   上記回転中心軸、上記基準角度および上記現在のワークの回転中心軸まわりの回転角度に基づいて上記ワークの回転角度が上記基準角度に一致するとき上記第１の座標系と一致し、上記ワークに固定される基準座標系を設定する手段と、
   上記第１の座標系からみた現在の上記ワークの傾斜面上の第２の座標系の原点位置および姿勢を上記基準座標系の原点位置および姿勢と上記傾斜面の位置および姿勢とを用いて設定する手段と、
   を備えることを特徴とする数値制御装置。
2. 上記基準座標系を設定する手段は、上記第１の座標系から上記基準座標系に至るまでの回転操作において、異なる回転中心軸まわりにそれぞれ指定した基準角度分回転させる操作を所定の回数だけ繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
3. 上記回転中心軸は機械のテーブルの回転軸であり、上記基準角度は、上記傾斜面の位置および姿勢を定義するときの上記機械のテーブルの回転軸の回転角度であることを特徴とする請求項２に記載の数値制御装置。
4. 機械の駆動軸方向と座標軸方向が一致するように設定された第１の座標系と姿勢が異なる第２の座標系において指令された位置を上記第２の座標系から上記第１の座標系に座標変換して得られた位置に機械を移動させる数値制御装置において、
   上記第１の座標系からみた現在の第２の座標系の原点位置および姿勢を取得する手段と、
   座標系回転中心軸および該座標系回転中心軸まわりの回転角度を設定する手段と、
   上記現在の傾斜面に指定された第２の座標系を上記座標系回転中心軸まわりに上記回転角度だけ回転させた座標系を上記第１の座標系からみた新しい第２の座標系として設定する手段と、
   を備えることを特徴とする数値制御装置。
5. 機械の駆動軸方向と座標軸方向が一致するように設定された第１の座標系と姿勢が異なる第２の座標系において指令された位置を上記第２の座標系から上記第１の座標系に座標変換した座標値で表される位置に機械を移動させる数値制御装置において、
   空間内の同一直線上にない３点を座標系指定用基準点としたときに、第１の座標系からみた各上記座標系指定用基準点の座標を第１の基準座標値として設定する手段と、
   加工プログラムにおける指令位置が属する座標系からみた各上記座標系指定用基準点の座標を第２の基準座標値として設定する手段と、
   上記第１の基準座標値と上記第２の基準座標値に基づいて上記第１の座標系からみた第２の座標系の原点位置および姿勢を設定する手段と、
   を備えることを特徴とする数値制御装置。
6. 上記第１の座標系からみたワークの現在の傾斜面に指定された第２の座標系の原点位置および姿勢を取得する手段と、
   取得した姿勢の情報から所定の形式の姿勢パラメータを所定の
   演算により求める手段と、
   上記原点位置と上記姿勢パラメータを出力する手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の数値制御装置。

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