JP2020067863A

JP2020067863A - プログラム修正装置

Info

Publication number: JP2020067863A
Application number: JP2018200693A
Authority: JP
Inventors: 大樹村上; Daiki Murakami
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2018-10-25
Filing date: 2018-10-25
Publication date: 2020-04-30
Anticipated expiration: 2038-10-25
Also published as: US20200133233A1; CN111103844A; US11048233B2; JP6823032B2; DE102019128178A1

Abstract

【課題】自由曲面を加工する際に生じる隣接パス間の段差の加工面への影響を減少させることを可能とするプログラム修正装置を提供すること。【解決手段】本発明のプログラム修正装置１は、切削経路をそれぞれスムージングした複数の加工経路を生成するスムージング処理部１００と、複数の加工経路の中から基準となる基準経路を選択する基準経路選択部１１０と、基準経路上に平面基準点を設定する平面基準点設定部１２０と、平面基準点を通り該平面基準点において基準経路に垂直な平面と複数の加工経路との交点を求め、求めた交点と平面基準点とに基づいてスムージング処理を実行し、得られた曲線上の点を複数の加工経路の補正指令点として算出する補正指令点算出部１３０と、加工プログラムに対して補正指令点を挿入した補正後加工プログラムを生成する補正後加工プログラム生成部１４０と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、プログラム修正装置に関し、特に自由曲面を加工するための加工経路を編集するプログラム修正装置に関する。

数値制御装置により工作機械を制御して自由曲面を加工する場合、図７に例示されるように、自由曲面を近似した往復経路により加工を行うことがある。図７に例示される往復経路は、例えばＣＡＭ（ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ））装置により自由曲面に沿った連続した微小線分による微小経路を作成し、この微小線分の集合に対してスムージング処理を掛けることにより作成される。

ＣＡＭ装置が生成する自由曲面に沿った連続した微小経路には、演算時における誤差等が原因で、進行方向に対して左右に隣接する他の微小経路である隣接パスとの間に段差が生じる場合がある。ＣＡＭにより加工プログラムが作成される際には、自由曲面をできるだけ正確に表現するために、１つの指令経路の長さである線分長を短くとった加工プログラムが生成される。ＣＡＭにおいては、演算誤差により指令経路に微小な段差のある加工プログラムが作られることがある。このような隣接パス間の段差は、加工後のワークの加工面に筋目として現れ、加工面品質の低下の原因となる。

このような、隣接パス間の段差による加工面品質の低下を改善するために、例えば特許文献１には、隣接する工具経路が滑らかになるように、新たな指令点としての目標点を挿入する技術が開示されている。

特開２０１１−０９６０７７号公報

しかしながら、特許文献１に開示される技術では一様に目標点を挿入するため、例えば自由曲面の起伏が大きな場合などに隣接パス間の段差が解消されない部分が出てくる場合があるという課題がある。

そこで本発明の目的は、自由曲面を加工する際に生じる隣接パス間の段差の加工面への影響を減少させることを可能とするプログラム修正装置を提供することである。

本発明のプログラム修正装置は、自由曲面を加工するための、微小経路により構成される往復経路に対して、該往復経路を構成する各加工経路の間でスムージング処理を行うことで補正指令点を算出し、該補正指令点を用いた加工により隣接パス間の段差を軽減することで、上記課題を解決する。

そして、本発明の一態様は、複数の指令点で指令された複数の切削経路を往復させた往復経路により自由曲面を加工する加工プログラムを補正するプログラム修正装置であって、前記切削経路をそれぞれスムージングした複数の加工経路を生成するスムージング処理部と、前記複数の加工経路の中から基準となる基準経路を選択する基準経路選択部と、前記基準経路上に平面基準点を設定する平面基準点設定部と、前記平面基準点を通り該平面基準点において前記基準経路に垂直な平面と前記複数の加工経路との交点を求め、求めた該交点と前記平面基準点とに基づいて前記平面上でスムージング処理を実行し、該スムージング処理を実行した結果として得られた曲線上の点を前記複数の加工経路の補正指令点として算出する補正指令点算出部と、前記加工プログラムに対して前記補正指令点を挿入した補正後加工プログラムを生成する補正後加工プログラム生成部と、を備えたプログラム修正装置である。

本発明により、往復経路の隣接パス間で段差がある場合であっても、適切な補正指令点を設定することで隣接パス間の段差を軽減し、加工面の品質低下を防止することができるようになる。

一実施形態によるプログラム修正装置の概略的なハードウェア構成図である。第１実施形態によるプログラム修正装置の概略的な機能ブロック図である。複数の指令点による往復経路の例を示す図である。スムージングした加工経路の例を示す図である。平面基準点を通る平面と加工経路との交点を求める処理の例を示す図である。補正指令点を算出する処理の例を示す図である。自由曲面を加工するための往復経路の例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は本発明の一実施形態によるプログラム修正装置の要部を示す概略的なハードウェア構成図である。本発明のプログラム修正装置１は、例えば加工プログラムに基づいて工作機械を制御する数値制御装置の上に実装することができる。本発明のプログラム修正装置１は、数値制御装置に併設されたパソコンや、数値制御装置と有線／無線のネットワークを介して接続された、エッジコンピュータ、セルコンピュータ、ホストコンピュータ、クラウドサーバ等の上に実装するようにしても良い。本実施形態では、工作機械を制御する数値制御装置の上に実装したプログラム修正装置１の例を示す。

本実施形態によるプログラム修正装置１が備えるＣＰＵ１１は、プログラム修正装置１を全体的に制御するプロセッサである。ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２に格納されたシステム・プログラムをバス２０を介して読み出し、該システム・プログラムに従ってプログラム修正装置１全体を制御する。ＲＡＭ１３には一時的な計算データや表示データ、及び外部から入力された各種データ等が一時的に格納される。

不揮発性メモリ１４は、例えば図示しないバッテリでバックアップされたメモリやＳＳＤ（ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＤｒｉｖｅ）等で構成され、プログラム修正装置１の電源がオフされても記憶状態が保持される。不揮発性メモリ１４には、インタフェース１５を介して外部機器７２から読み込まれた加工プログラム、インタフェース２１を介してＣＡＭ装置５等の他の装置から取得された加工プログラム、表示器／ＭＤＩユニット７０を介して入力された加工プログラム等が記憶される。不揮発性メモリ１４に記憶された加工プログラムや各種データは、実行時／利用時にはＲＡＭ１３に展開されても良い。また、ＲＯＭ１２には、公知の解析プログラムなどの各種のシステム・プログラムがあらかじめ書き込まれている。

インタフェース１５は、プログラム修正装置１とＵＳＢ装置等の外部機器７２と接続するためのインタフェースである。外部機器７２側からは制御用プログラムや各種パラメータ等が読み込まれる。また、プログラム修正装置１内で編集した制御用プログラムや各種パラメータ等は、外部機器７２を介して外部記憶手段に記憶させることができる。ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）１６は、プログラム修正装置１に内蔵されたシーケンス・プログラムで工作機械及び該工作機械の周辺装置（例えば、工具交換装置や、ロボット等のアクチュエータ、工作機械に取付けられているセンサ等）にＩ／Ｏユニット１７を介して信号を出力し制御する。また、工作機械の本体に配備された操作盤の各種スイッチや周辺装置等の信号を受け、必要な信号処理をした後、ＣＰＵ１１に渡す。

表示器／ＭＤＩユニット７０はディスプレイやキーボード等を備えた手動データ入力装置であり、インタフェース１８は表示器／ＭＤＩユニット７０のキーボードからの指令，データを受けてＣＰＵ１１に渡す。インタフェース１９は各軸を手動で駆動させる際に用いる手動パルス発生器等を備えた操作盤７１に接続されている。

インタフェース１９は、プログラム修正装置１を有線／無線のネットワーク７と接続するためのインタフェースである。ネットワーク７には、加工プログラムを提供するＣＡＭ装置５や、工場内に設置された工作機械を制御する他の制御装置、セルコンピュータ、エッジコンピュータ、ホストコンピュータ等のコンピュータ等が接続され、ネットワーク７を介した情報のやり取りを相互に行っている。

工作機械が備える軸を制御するための軸制御回路３０はＣＰＵ１１からの軸の移動指令量を受けて、軸の指令をサーボアンプ４０に出力する。サーボアンプ４０はこの指令を受けて、工作機械が備える軸を移動させるサーボモータ５０を駆動する。軸のサーボモータ５０は位置・速度検出器を内蔵し、この位置・速度検出器からの位置・速度フィードバック信号を軸制御回路３０にフィードバックし、位置・速度のフィードバック制御を行う。なお、図１のハードウェア構成図では軸制御回路３０、サーボアンプ４０、サーボモータ５０は１つずつしか示されていないが、実際には制御対象となる工作機械に備えられた軸の数だけ用意される。

スピンドル制御回路６０は、主軸回転指令を受け、スピンドルアンプ６１にスピンドル速度信号を出力する。スピンドルアンプ６１はこのスピンドル速度信号を受けて、工作機械のスピンドルモータ６２を指令された回転速度で回転させ、工具を駆動する。スピンドルモータ６２にはポジションコーダ６３が結合され、ポジションコーダ６３が主軸の回転に同期して帰還パルスを出力し、その帰還パルスはＣＰＵ１１によって読み取られる。

図２は、本発明の一実施形態によるプログラム修正装置１の概略的な機能ブロック図である。図２に示した各機能ブロックは、図１に示したプログラム修正装置１が備えるＣＰＵ１１がシステム・プログラムを実行し、プログラム修正装置１の各部の動作を制御することにより実現される。

本実施形態のプログラム修正装置１は、スムージング処理部１００、基準経路選択部１１０、平面基準点設定部１２０、補正指令点算出部１３０、補正後加工プログラム生成部１４０、出力部１５０を備え、また、ＣＡＭ装置５等で作成された自由曲面の加工に用いられる加工プログラム２００が不揮発性メモリ１４に予め記憶されている。
加工プログラム２００は、図３に例示されるように、工具をワークの加工位置まで移動させる早送り経路と、ワークを自由曲面上に加工するための連続する指令点に挟まれた連続する微小線分の切削経路とによる往復経路を指令するものである。

スムージング処理部１００は、加工プログラム２００により指令される連続する微小線分の切削経路をスムージングした加工経路を生成する機能手段である。スムージング処理部１００が生成するスムージングされた加工経路は、一般に指令点乃至指令点の近傍を通り滑らかに変異する曲線の経路であり、例えば特開２００３−３３７６０７号公報等で既に公知となっている従来技術を用いて生成される。図４は、スムージング処理部１００によりスムージングされた加工経路の一部を例示している。図４において、点線は加工プログラム２００により指令される微小線分の切削経路を示しており、また実線はスムージング処理部１００によりスムージングした加工経路を示している。図４に例示されるように、スムージング処理部１００は、加工プログラム２００により指令される連続する微小線分の切削経路（一般には、早送りに挟まれた一連の連続する微小線分の切削経路）に沿ってスムージング処理を実行する。スムージング処理部１００によるスムージング処理により、加工プログラム２００により指令される往復経路は、複数の早送り経路と、複数のスムージングされた加工経路からなる経路へと変換される。

基準経路選択部１１０は、スムージング処理部１００がスムージング処理をした複数の加工経路（それぞれの一連の連続した微小線分の切削経路をスムージングした複数の加工経路）の中から、補正指令点算出部１３０によるスムージング処理の基準とする加工経路である基準経路を選択する機能手段である。基準経路選択部１１０は、例えばスムージング処理部１００がスムージング処理した複数の加工経路の中から、最も経路長が長い加工経路を基準経路として選択するようにしても良い。また、基準経路選択部１１０は、例えばスムージング処理部１００がスムージング処理した複数の加工経路の中から、指令点が最も多く含まれる加工経路を基準経路として選択するようにしても良い。

平面基準点設定部１２０は、基準経路選択部１１０が選択した基準経路上に（複数の）平面基準点を設定する機能手段である。平面基準点は、補正指令点算出部１３０がスムージングを行う基準経路上の位置を定める点である。平面基準点設定部１２０は、例えば基準経路上の指令点を平面基準点として設定しても良い。また、平面基準点設定部１２０は、例えば基準経路上に予め定めた所定の間隔で平面基準点を設定するようにしても良い。

補正指令点算出部１３０は、各加工経路間でのスムージング処理を行うことで、それぞれの加工経路の補正指令点を算出する機能手段である。補正指令点算出部１３０は、図５に例示されるように、平面基準点設定部１２０が設定した平面基準点を通り、該平面基準点の位置において基準経路に対して垂直な平面と各加工経路との交点を求める。そして、補正指令点算出部１３０は、図６に例示されるように、求めた交点と平面基準点とに基づいて平面基準点を通る平面上でスムージング処理を実行し、スムージング処理を実行した結果として得られた曲線上の点を加工経路の補正指令点として算出する。スムージングして得られた曲線上の点をいずれの位置を加工経路の補正指令点とするのかについては、例えばそれぞれの経路上の位置を加工している際の工具の先端から根元までのベクトルをＴとし、ベクトルＴの各成分の内で平面基準点を通る平面に平行な成分をＴ_pとした場合において、加工経路と平面との交点からスムージングして得た曲線に対してＴ_pに沿って下ろした直線と該曲線との交点を該加工経路の補正指令点として算出するようにすれば良い。補正指令点算出部１３０は、上記処理をそれぞれの平面基準点に基づいて実行する。

補正指令点算出部１３０が実行するスムージング処理としては、公知のいずれのスムージング手法を用いても経路間段差を解消する目的は達せられるが、加工経路間の隣の面による加工経路交点群との差が生じると、加工方向の段差が生じるため、一般に段差が生じにくいと言われているフィルタによるスムージング処理を用いるのが好適である。

補正後加工プログラム生成部１４０は、加工プログラム２００に対して、補正指令点算出部１３０が算出した補正指令点を挿入した補正後加工プログラム２１０を生成し、不揮発性メモリ１４に記憶する機能手段である。補正後加工プログラム生成部１４０が生成した補正後加工プログラム２１０は、そのまま工作機械の制御に用いたり、出力部１５０により、表示器／ＭＤＩユニット７０に表示して作業者が補正後の加工経路を確認したり、他の制御装置やコンピュータ等にネットワークや外部記憶装置を介して出力して利用したりすることができる。補正後加工プログラム生成部１４０が生成した補正後加工プログラム２１０に基づいて工作機械を制御する際には、通常の制御処理に基づいて、更に補正指令点を含んだスムージング処理が行われるようにしても良い。

本実施形態の一変形例として、補正指令点算出部１３０は、予め定めた所定の閾値以内に補正をする必要がない（補正をしてはいけない）指令点がある場合（例えば、該指令点が、凸辺や凹辺のような面と面の境界である場合等）、当該補正をする必要がない指令点の位置に変化が生じないように周囲の点の補正量を調整するスムージング処理を行うようにする機能を備えるように構成しても良い。補正をする必要がない指令点については、例えば予め作業者が定めておいてもよいし、加工プログラム２００を解析して、指令点の前後で経路の曲率が一定以上変化するところを、補正する必要がない指令点として自動的に定めるようにしても良い。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態の例のみに限定されることなく、適宜の変更を加えることにより様々な態様で実施することができる。

１プログラム修正装置
５ＣＡＭ装置
７ネットワーク
１１ＣＰＵ
１２ＲＯＭ
１３ＲＡＭ
１４不揮発性メモリ
１５，１８，１９，２１インタフェース
１６ＰＭＣ
１７Ｉ／Ｏユニット
２０バス
３０軸制御回路
４０サーボアンプ
５０サーボモータ
６０スピンドル制御回路
６１スピンドルアンプ
６２スピンドルモータ
６３ポジションコーダ
７０表示器／ＭＤＩユニット
７１操作盤
７２外部機器
１００スムージング処理部
１１０基準経路選択部
１２０平面基準点設定部
１３０補正指令点算出部
１４０補正後加工プログラム生成部
１５０出力部
２００加工プログラム
２１０補正後加工プログラム

Claims

複数の指令点で指令された複数の切削経路を往復させた往復経路により自由曲面を加工する加工プログラムを補正するプログラム修正装置であって、
前記切削経路をそれぞれスムージングした複数の加工経路を生成するスムージング処理部と、
前記複数の加工経路の中から基準となる基準経路を選択する基準経路選択部と、
前記基準経路上に平面基準点を設定する平面基準点設定部と、
前記平面基準点を通り該平面基準点において前記基準経路に垂直な平面と前記複数の加工経路との交点を求め、求めた該交点と前記平面基準点とに基づいて前記平面上でスムージング処理を実行し、該スムージング処理を実行した結果として得られた曲線上の点を前記複数の加工経路の補正指令点として算出する補正指令点算出部と、
前記加工プログラムに対して前記補正指令点を挿入した補正後加工プログラムを生成する補正後加工プログラム生成部と、
を備えたプログラム修正装置。
前記平面基準点設定部は、前記基準経路上に複数の平面基準点を設定し、
前記補正指令点算出部は、前記複数の平面基準点のそれぞれに基づいて前記補正指令点を算出する、
請求項１に記載のプログラム修正装置。
前記平面基準点設定部は、前記基準経路上の指令点を前記平面基準点として設定する、
請求項１または２に記載のプログラム修正装置。
前記平面基準点設定部は、前記基準経路上に一定間隔で前記平面基準点を設定する、
請求項１または２に記載のプログラム修正装置。