JP2016004323A - 外部入力信号の取り込み時間を短縮した数値制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＩＯユニットの入力信号を工作機械やロボットを制御する数値制御装置へ伝達するときの遅延時間を短縮させる数値制御システムを提供する。【解決手段】数値制御装置１０と前記ＩＯユニット３０との間で信号線２０を介してシリアル通信により入出力信号の授受を行う数値制御システムにおいて、前記ＩＯユニット３０は、入力信号をトリガに前記ＩＯユニットから出力されるアイドル信号を予め設定しておいた特定の波形パターン信号に変更し、前記特定の波形パターン信号を受け取ると前段に特定の信号波形パターンを送信する第１制御部を備え、前記数値制御装置は、前記特定の波形パターン信号を受信したときに割り込み信号を出力する第２制御部と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、外部入出力用ユニット（ＩＯユニット）の入力信号をシリアル通信により工作機械やロボットを制御する数値制御装置へ伝達するときの遅延時間を短縮させる数値制御システムに関する。

数値制御装置と工作機械やロボット（以下、「数値制御工作機械」という）との間では、ＤＩ／ＤＯ信号（入力信号／出力信号）の入出力を行うために、ＩＯユニットを複数台接続する構成がとられている。そして、一般的に数値制御装置とＩＯユニットはある一定周期毎にＤＩ／ＤＯデータのやりとりを行っている。数値制御装置とＩＯユニットはある一定周期毎にＤＩ／ＤＯデータのやりとりを行っているが、ＤＩ／ＤＯデータのやりとりがないときは、ある周期でトグルを繰り返す信号（アイドル信号）が入出力されている。一方、ＤＩ／ＤＯの送受信には、特定のデータパターンが入出力される。これにより、アイドル信号とそれ以外のＤＩ／ＤＯを表すデータパターンとを判別することができ、数値制御装置では受信した信号がどちらであるかを判別している（図８参照）。図８に示されるように、ＤＩデータは、スタートコード、ヘッダ、ＤＩデータ、フッダ、ＣＲＣ、ストップコードの集合体として送信される。また、ＤＯデータは、スタートコード、ヘッダ、ＤＯデータ、フッダ、ＣＲＣ、ストップコードの集合体として送信される。

ＩＯユニットへの入力信号を数値制御装置へ伝達するときの遅延時間を短縮すると、例えば機内計測機能でのサイクルタイムを短縮することが可能になる。
数値制御工作機械の送り軸の軸移動部にタッチセンサを装備し、送り軸を制御することによりタッチセンサを計測対象物に接触させ、その際のタッチセンサからの信号を利用して加工前後でのワークの外径等の計測を行う数値制御工作機械の機内計測機能が実用化されている。この機内計測機能は、送り軸を移動させてタッチセンサを計測対象物（ワーク）に接触させた時に、タッチセンサの出力がＯＦＦからＯＮになるタイミングを数値制御装置が知ることで、対象物の計測を行っている。

また、数値制御装置と工作機械との間では、ＤＩ／ＤＯ信号の入出力を行うために、ＩＯユニットを複数台接続する構成がとられている。前述のような構成の数値制御工作機械において、ＩＯユニットにタッチセンサ出力を入力すれば、数値制御装置上に設けられたＤＩ信号のインターフェースに入力する場合に比べてより自由な構成／配線が可能になる。

前記数値制御工作機械において、ＩＯユニットに前述のタッチセンサ出力を入力すれば、数値制御装置上に設けられたＤＩ信号のインターフェースに入力する場合に比べてより自由な構成／配線が可能になる。前述の技術は特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されている技術はＩＯユニットにより時間計測を行い、より精度の高い機内計測を行うことが可能な数値制御システムを提供する、というものである。

また、同様の技術として、特許文献２では遅延時間の増大を防ぐためにＩＯユニットがＤＩ信号の入力をトリガとしてイベントドリブンな通信を数値制御装置に対して行う方法、特許文献３ではそれぞれのＩＯユニットが内部に時刻をカウントするタイマを備えており、通信プロトコルによりそれらタイマの同期をとるといった方法も開示されている。

特開２０１３−１９６３０７号公報 特開平０５−６６８２０号公報 特開平０６−１４９３２号公報

しかしながら、数値制御装置とＩＯユニットは定期的にしかＤＩ／ＤＯデータのやり取りを行わないため、特許文献１の方法ではタッチセンサ出力の入力から数値制御装置が前述のＩＯユニットにタッチセンサ出力の入力があったことを検知するまでの遅延時間が増大してしまう場合がある。遅延時間が増大化すると、機内計測動作から次の動作に移るまでの時間が増大し、ひいてはサイクルタイムの増大につながる。

特許文献２や特許文献３で開示されている技術を利用すれば遅延時間の増大を防ぐことが可能になるが、前述の方法ではデータ送信のための調停回路が必要になり、回路規模の増大を招き、低コスト化が厳しく要求されるＩＯユニットでは不利になってしまう。

そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、一定周期毎のＤＩ／ＤＯデータのやりとりより機内計測のサイクルタイムを短縮することが可能な数値制御システムを提供することである。

本願の請求項１に係る発明は、数値制御装置と、該数値制御装置に接続された一つまたは複数のＩＯユニットを有し、前記数値制御装置と前記ＩＯユニットとの間でシリアル通信により入出力信号の授受を行う数値制御システムにおいて、前記ＩＯユニットは、入力信号をトリガに前記ＩＯユニットから出力されるアイドル信号を予め設定しておいた特定の波形パターン信号に変更し、前記特定のパターン信号を受け取ると前段に特定の波形パターン信号を送信する第１制御部を備え、前記数値制御装置は、前記特定の信号波形パターン信号を受信したときに割り込み信号を出力する第２制御部と、を有することを特徴とする数値制御システムである。
請求項２に係る発明は、前記ＩＯユニットの前記第１制御部は、前記ＩＯユニットに入力信号があったとき、前記ＩＯユニットから出力されるアイドル信号の周期を変更して前記特定の波形パターン信号として出力することを特徴とする請求項１の数値制御システムである。
請求項３に係る発明は、前記ＩＯユニットの前記第１制御部は、前記ＩＯユニットに入力信号があったとき、前記ＩＯユニットから出力されるアイドル信号に特定のデータパターンを挿入して前記特定の波形パターン信号として出力することを特徴とする請求項１の数値制御システムである。
請求項４に係る発明は、前記ＩＯユニットの前記第１制御部は、前記ＩＯユニットに入力信号があったとき、前記ＩＯユニットから出力されるアイドル信号の位相を変更して前記特定の波形パターン信号として出力することを特徴とする請求項１の数値制御システムである。

請求項５に係る発明は、数値制御装置と、該数値制御装置に接続された一つまたは複数のＩＯユニットを有し、前記数値制御装置と前記ＩＯユニットとの間でシリアル通信により入出力信号の授受を行う数値制御システムにおいて、前記ＩＯユニットは、前記ＩＯユニットへ入力される入力信号の種類を判別する受信部と、前記入力信号の種類毎に前記ＩＯユニットから出力されるアイドル信号の特定の波形パターンを予め設定しておき、前記入力信号の種類に応じて前記ＩＯユニットから出力されるアイドル信号を予め設定していた特定の波形パターン信号を、前記入力信号をトリガに出力する第３制御部を備え、前記数値制御装置は、前記特定の波形パターン信号を受信したときに前記特定の波形パターン信号に応じて前記入力信号の種類を判別する第４制御部を有することを特徴とする数値制御システムである。

請求項６に係る発明は、前記ＩＯユニットは、後段のＩＯユニットが入力信号を授受し、該ＩＯユニットから出力されるアイドル信号を特定の波形パターン信号に変更して、前段のＩＯユニットに出力したとき、前記変更されたアイドル信号内の特定の波形パターン信号を検出して、条件にあったときのみ、検出した前記アイドル信号を前段にそのまま出力する制御部（ただし、請求項１〜４の第１制御部、請求項５の第３制御部）を有するとこを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の数値制御システムである。

本発明により、一定周期毎のＤＩ／ＤＯデータのやりとりより機内計測のサイクルタイムを短縮することが可能な数値制御システムを提供できる。

複数のＩＯユニットがチェーン式に数値制御装置に接続された数値制御システムを説明する図である。 アイドル信号の周期を変更する実施形態を説明する図である。 アイドル信号にデータパターンを混入する実施形態を説明する図である。 アイドル信号の位相を変更する実施形態を説明する図である。 入力信号の種類に応じてアイドル信号のデータパターンを変更する実施形態を説明する図である。 従来の数値制御装置に複数のＩＯユニットがデイジーチェーン接続した数値制御システムを説明する図である。 数値制御装置に複数のＩＯユニットがデイジーチェーン接続した数値制御システムにおいて、変更されたアイドル信号を確実に数値制御装置に伝達する実施形態を説明する図である。 従来技術を説明する図である。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は複数のＩＯユニットがチェーン式に数値制御装置に接続された数値制御システムを説明する図である。数値制御装置１０は工作機械やロボットを制御する装置である。数値制御装置１０には信号線２０を介して複数のＩＯユニット３０がチェーン式に接続されている。ＩＯユニット３０は後述する制御部を備えている。ＩＯユニット３０−ｎには機内計測装置（例えばタッチセンサ）からの信号が入力信号として入力する。また、数値制御装置１０は後述する制御部を備えている。

ＩＯユニット３０は、入力信号をトリガに前記ＩＯユニットから出力されるアイドル信号を予め設定しておいた特定の波形パターン信号に変更し、前記特定の波形パターン信号を受け取ると前段に特定の波形パターン信号を送信する制御部を備えている。なお、前記制御部は、実施形態に対応して第１制御部あるいは第３制御部として各請求項に記載している。

数値制御装置１０は、前記特定の波形パターン信号を受信したときに割り込み信号を出力する制御部を備えている。なお、前記制御部は、実施形態に対応して第２制御部あるいは第４制御部として各請求項に記載している。

以下、各実施形態について説明する。
（実施形態１）
「アイドル信号を特定の信号パターンに変更して数値制御装置に知らせる。」
本発明の数値制御システムは、ＩＯユニットがタッチセンサ出力の入力を検出した際に、ＩＯユニット３０から出力される前述のアイドル信号を特定の信号パターンに変更する。特定のパターンに変化したアイドル信号は数値制御装置１０に入力されるので、特定のパターンを検出した数値制御装置１０は、ＤＩ／ＤＯ信号の通信を待たずしてＩＯユニット３０でタッチセンサ出力の入力があったことを検知することが出来る。これによって、データ送信のための調停が不要なうえ、遅延時間も発生せずに、数値制御装置１０にタッチセンサ出力の入力がＩＯユニット３０にあったことを伝えることが可能となり、機内計測動作完了後即座に次の動作を開始できるので、サイクルタイムが増大しない。前記特定の信号パターンを変化させる例を実施形態２〜６に示す。

背景技術で説明したように、数値制御装置とＩＯユニットはある一定周期毎にＤＩ／ＤＯデータのやりとりを行っているが、ＤＩ／ＤＯデータのやりとりがないときは、常に特定周期でトグルを繰り返す信号（アイドル信号）が入出力されている。前述のアイドル信号が数値制御装置に入力されることで、図のようなデータ構成を持つＤＩ／ＤＯ信号と判別することができ、数値制御装置では「ＤＩ／ＤＯ信号のやりとりが行われていない」状態と判断することができる。

通常、ＩＯユニット３０ではアイドル信号の周期やパターンは変更されることはないが、本発明の実施形態に用いられるＩＯユニット３０は、機内計測装置であるタッチセンサからのタッチセンサ出力の入力をＩＯユニットが検知したとき、ＩＯユニット側でアイドル信号を特定の信号パターンに変更できるような制御部（第１制御部）をＩＯユニットに備える。前記特定の信号パターンは信号線２０を介して数値制御装置１０に出力される。一方、数値制御装置１０は、所定のｂｉｔ数以上で前記特定の信号パターンを受信したときだけ割り込み信号をＯＮする制御部（第２制御部）を備える。数値制御装置１０の制御部（第２制御部）が割込み信号をＯＮすると、数値制御装置１０は計測サイクルを即座に終了し、次の動作サイクルに移る。こうすることで、遅延時間も増大させずにタッチセンサ出力の入力があったことを、数値制御装置１０に知らせることが出来る。

本方法を使用することにより、現状でＤＩ信号を受け取るまでタッチセンサが計測対象物に接触したままで時間をロスしていたが、割込みが発生することでＤＩ信号の受信を待たずに送り軸を操作し次のステップに進むことが可能となり、ＤＩ信号受信待ちによるサイクルタイムを増大が発生しない。また、割り込みがあった時点ではタッチセンサの入力があった時刻は知ることが出来ないが、ＤＩの受信後に、タッチセンサの入力時刻を検出することが出来るので機内計測機能には問題は無い。

実施形態１ではタッチセンサ出力の入力を受けてアイドル信号を特定の信号パターンに変更することでタッチセンサ出力の入力があったことを数値制御装置に知らせることが可能であった。実施形態２〜６では、アイドル信号の具体的な変更手法について説明する。

（実施形態２）
「アイドル信号の周期を変更して数値制御装置に知らせる。」
アイドル信号の特定の信号パターンへの変更手法として、アイドル信号の周期を変更することでタッチセンサ出力の入力があったことを知らせる方法について説明する。

ＩＯユニット３０は、ＩＯユニット３０がタッチセンサからの出力信号を受信したとき、アイドル信号の周期を変更する制御部（第１制御部）を備える。一方、数値制御装置１０は、アイドル信号の周期が変更されていることを検知したときだけ割り込み信号をＯＮする制御部（第２制御部）を備える。この構成により、正確かつ遅延時間も増大させずにタッチセンサ出力の入力があったことを、数値制御装置１０に知らせることが出来る。

図２はアイドル信号の周期を変更する実施形態を説明する図である。タッチセンサの出力信号をスレーブであるＩＯユニット３０が受信し、ＩＯユニット３０からマスタである数値制御装置１０に信号線２０を介して送信したとき、「遅延時間」だけ遅延して数値制御装置１０はタッチセンサの出力信号を受信する。タッチセンサ入力時間は、ＩＯユニット３０にタッチセンサの出力信号が入力した時点から数値制御装置１０がＩＯユニット３０から送信されるタッチセンサの出力信号を受信したことを通知する信号を受信する時点までの時間である。実施形態２において「遅延時間」は、図８に示される従来技術に比較して「短縮された時間」だけ短くできる。つまりタッチセンサ入力時間を、ＤＩ／ＤＯ信号の送信周期より短くできる。

上述したように、実施形態２ではアイドル信号の周期を変更することでタッチセンサ出力の入力があったことをＩＯユニット３０から数値制御装置１０に知らせることが可能である。

（実施形態３）
「アイドル信号に特定のデータパターンを混入して数値制御装置に知らせる。」
図３はアイドル信号にデータパターンを混入する実施形態を説明する図である。タッチセンサ入力時間、遅延時間、および、短縮された時間の説明は実施形態２の図２の説明と同様である。

実施形態３は、アイドル信号に特定のデータパターンを混入してタッチセンサ出力の入力があったことを知らせる方法である。ＩＯユニット３０がタッチセンサからの出力信号を受信したときに、アイドル信号に特定のデータパターンを混入する制御部（第１制御部）をＩＯユニット３０に組み込む。一方、数値制御装置１０に所定のｂｉｔ数以上でアイドル信号のデータパターンが変更されていることを検知したときだけ割り込み信号をＯＮする制御部（第２制御部）を組み込む。この構成により、正確かつ遅延時間も増大させずにタッチセンサ出力の入力がＩＯユニットにあったことを、数値制御装置１０に知らせることが出来る。

（実施形態４）
「アイドル信号の位相を変更して数値制御装置に知らせる」
図４はアイドル信号の位相を変更する実施形態を説明する図である。タッチセンサ入力時間、遅延時間、および、短縮された時間の説明は実施形態２の図２の説明と同様である。

実施形態４は、アイドル信号の位相を変更してタッチセンサ出力の入力があったことを知らせる方法である。ＩＯユニット３０は、アイドル信号の位相を変更できるような制御部（第１制御部）を備える。一方、数値制御装置１０は、特定のｂｉｔ数以上でアイドル信号の位相が変更されていることを検知したときだけ割り込み信号をＯＮする制御部（第２制御部）を備える。この構成により、正確かつ遅延時間も増大させずにタッチセンサ出力の入力があったことを、数値制御装置に知らせることが出来る。

（実施形態５）
「入力信号の種類に応じてアイドル信号のデータパターンを変更して、入力信号の種類を数値制御装置に知らせる」
実施形態５は、入力信号の種類に応じてアイドル信号を変更して数値制御装置に入力信号の種類を知らせる方法について考える。図５は入力信号の種類に応じてアイドル信号のデータパターンを変更する実施形態を説明する図である。

実施形態１は入力信号をトリガにアイドル信号を変更することで、タッチセンサ出力の入力があったことを数値制御装置に知らせることが可能であった。ＩＯユニット３０への入力信号は実施形態１で示したタッチセンサ出力だけでなく、様々な種類の入力信号が考えられる。しかしながら、実施形態１の方式では前述のＩＯユニット３０が授受する入力信号が複数存在したとき、数値制御装置１０は前述のＩＯユニット３０からのＤＩ信号を受け取るまで、何の入力信号をＩＯユニット３０が授受したのかを知ることが出来ない。そのため、数値制御装置１０はアイドル信号内の変更を検知できても、どの入力信号があったのかを遅延時間を最小限にして知ることが出来ず、入力信号に対する正しい応答が出来ない可能性がある。この問題点を解決するのが実施形態５の方法である。

実施形態１では、ＩＯユニット３０が入力信号を授受したとき、予め設定しておいた特定のデータパターンにアイドル信号を変更することで、数値制御装置１０に入力信号があったことを知らせる。一方、実施形態５では、ＩＯユニット３０は、ＩＯユニット３０に入力信号の種類毎に予め異なった特定のデータパターンを出力できるように設定して、入力信号の種類に応じて設定されたデータパターンにアイドル信号を変更する制御部（第３制御部）を備える。

この構成により、ある入力信号がＩＯユニット３０に入力されたとき、前述の入力信号の種類に応じた特定のデータパターンにアイドル信号が変更され、数値制御装置１０側に出力されることになる。また、数値制御装置１０は、前述のＩＯユニットで設定された特定のデータパターンと入力信号の種類との関係を予め設定しておくことにより、ある特定のデータパターンが数値制御装置１０で授受されたとき、ＩＯユニットからのＤＩ信号を待たずに入力信号の種類を判別する制御部（第４制御部）を備える。

実施形態５により、数値制御装置１０は、どの入力信号がＩＯユニット３０で入力されたかをＤＩ信号を受け取らなくても認識することができ、遅延時間も増大させずに入力信号の種類を数値制御装置１０に知らせることが出来る。

（実施形態６）
「数値制御装置と複数のＩＯユニットをデイジーチェーン接続した構成の数値制御システムにおいて、前段のＩＯユニットに入力信号があったことを知らせる。」
図６は従来の数値制御装置に複数のＩＯユニットがデイジーチェーン接続した数値制御システムを説明する図である。

実施形態１では、ＩＯユニット３０は入力信号を受けてアイドル信号を変更することでタッチセンサ出力の入力があったことを、数値制御装置１０に知らせることが可能である。しかしながら、数値制御装置１０と複数のＩＯユニット３０をデイジーチェーン接続した構成の数値制御システムで、前述の数値制御装置と前述のＩＯユニットの間で定期的なＩＯ通信を行う構成において、あるＩＯユニットは後段側に接続されたＩＯユニットから出力されたアイドル信号を受け取る構成をとる。そのため後段側に接続されたＩＯユニットが入力信号を受け取り、アイドル信号を変更して、前段のＩＯユニットに変更されたアイドル信号を送信しても、前段のＩＯユニットの制御部では前述の変更されたアイドル信号を正確に数値制御装置側に送信できない可能性がある。実施形態６は、この問題点を解決する方法である。

実施形態１では各ＩＯユニット３０は入力信号をトリガにアイドル信号を変更して出力する。そこで、実施形態６では、各ＩＯユニット３０に備わった制御部（実施形態１〜４のＩＯユニット３０に備わった第１制御部、実施形態５のＩＯユニット３０に備わった第３制御部）を、あらかじめ各ＩＯユニット３０に所定のｂｉｔ数以上でアイドル信号が特定の信号パターンに変更されていることを検知したときだけ、前記の特定の信号パターンが含まれるアイドル信号と同じアイドル信号を送信するように構成する。

実施形態６の方法を用いれば、数値制御装置１０まで変更されたアイドル信号を伝えることができ、数値制御装置１０と複数のＩＯユニット３０をデイジーチェーン接続した構成でも、遅延時間を最小限に抑えて数値制御装置に入力信号があったことを知らせることが出来る。

１０ 数値制御装置
２０ 信号線
３０ ＩＯユニット

Claims (6)

1. 数値制御装置と、該数値制御装置に接続された一つまたは複数のＩＯユニットを有し、前記数値制御装置と前記ＩＯユニットとの間でシリアル通信により入出力信号の授受を行う数値制御システムにおいて、
   前記ＩＯユニットは、入力信号をトリガに前記ＩＯユニットから出力されるアイドル信号を予め設定しておいた特定の波形パターン信号に変更し、前記特定の波形パターン信号を受け取ると前段に特定の波形パターン信号を送信する第１制御部を備え、
   前記数値制御装置は、前記特定の波形パターン信号を受信したときに割り込み信号を出力する第２制御部と、
   を有することを特徴とする数値制御システム。
2. 前記ＩＯユニットの前記第１制御部は、前記ＩＯユニットに入力信号があったとき、前記ＩＯユニットから出力されるアイドル信号の周期を変更して前記特定の波形パターン信号として出力することを特徴とする請求項１の数値制御システム。
3. 前記ＩＯユニットの前記第１制御部は、前記ＩＯユニットに入力信号があったとき、前記ＩＯユニットから出力されるアイドル信号に特定のデータパターンを挿入して前記特定の波形パターン信号として出力することを特徴とする請求項１の数値制御システム。
4. 前記ＩＯユニットの前記第１制御部は、前記ＩＯユニットに入力信号があったとき、前記ＩＯユニットから出力されるアイドル信号の位相を変更して前記特定の波形パターン信号として出力することを特徴とする請求項１の数値制御システム。
5. 数値制御装置と、該数値制御装置に接続された一つまたは複数のＩＯユニットを有し、前記数値制御装置と前記ＩＯユニットとの間でシリアル通信により入出力信号の授受を行う数値制御システムにおいて、
   前記ＩＯユニットは、前記ＩＯユニットへ入力される入力信号の種類を判別する受信部と、前記入力信号の種類毎に前記ＩＯユニットから出力されるアイドル信号の特定の波形パターンを予め設定しておき、前記入力信号の種類に応じて前記ＩＯユニットから出力されるアイドル信号を予め設定していた特定の波形パターンを、前記入力信号をトリガに出力する第３制御部を備え、
   前記数値制御装置は、前記特定の波形パターンを受信したときに前記特定の波形パターン信号に応じて前記入力信号の種類を判別する第４制御部を有することを特徴とする数値制御システム。
6. 前記ＩＯユニットは、後段のＩＯユニットが入力信号を授受し、該ＩＯユニットから出力されるアイドル信号を特定の波形パターン信号に変更して、前段のＩＯユニットに出力したとき、前記変更されたアイドル信号内の特定の波形パターン信号を検出して、条件にあったときのみ、検出した前記アイドル信号を前段にそのまま出力する制御部（ただし、請求項１〜４の第１制御部、請求項５の第３制御部）を有するとこを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の数値制御システム。

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