JP2718260B2 - 数値制御装置 - Google Patents

数値制御装置

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JP2718260B2
JP2718260B2 JP2305504A JP30550490A JP2718260B2 JP 2718260 B2 JP2718260 B2 JP 2718260B2 JP 2305504 A JP2305504 A JP 2305504A JP 30550490 A JP30550490 A JP 30550490A JP 2718260 B2 JP2718260 B2 JP 2718260B2
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    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Programme-control systems
    • G05B19/02Programme-control systems electric
    • G05B19/18Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
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    • GPHYSICS
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    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/34Director, elements to supervisory
    • G05B2219/34141B-spline, NURBS non uniform rational b-spline

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、工作機械あるいはロボットの制御を行う数
値制御装置に関するものである。
[従来の技術] 従来技術として、“数値制御機械のプログラミング,
A.D.ロバート/R.C.プレティス著,渡辺一司訳,東洋経
済新報社,昭和47年発行”にあるように数値制御装置へ
の指令値は、Gコードという機械の指令値を与えること
により制御していた。Gコードの移動指令は基本的には
直線(G01)と円弧(G02あるいはG03)である。
このような移動指令方式においては、直線や円弧で表
現できないような曲線の補間には微小線分で予めそれら
を近似しておき、それをNCテープあるいはハードディス
クに中間媒体として蓄えておき、それを数値制御装置に
かけて工作機械などを動作させていた。
[発明が解決しようとする課題] 以上のような従来の方式では、中間媒体において多量
の微小線分データにいったん変換するため、NCテープあ
るいはディスクメモリが多量に必要になるという問題が
ある。また、微小線分データを数値制御装置に転送する
際にデータ量が多いため、その通信のオーバーヘッドに
より高速に工作機械を制御することができなくなるとい
う問題点があった。また、2次スプライン曲線や3次ス
プライン曲線を入力し、NC補間することも考えられた
が、これらの曲線では曲線の形状表現能力が乏しく、精
度の高い加工が難しかった。
この発明は上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、大量の中間媒体を必要とすることなく、さ
まざまな形状が表現できる数値制御装置を得ることを目
的とする。
[課題を解決するための手段] 本発明に係る数値制御装置は、階数、制御点数、制御
点座標値、重みデータおよびノットベクトルよりなる位
置指令情報で定義される非一様有理化Bスプライン(No
n Uniformed Rational B−spline:以下NURBSと記す)を
曲線B(t)で表現し、移動指令に対応する上記位置指
令情報を入力する位置指令情報入力手段、並びに入力し
た位置指令情報を曲線B(t)に代入し媒介変数tを変
化させて変化量を計算し、この変化量による微小線分で
移動指令を補間する非一様有理化Bスプライン(NURB
S)補間手段を備えている。
[作用] 本発明においては、工作機械あるいはロボットを移動
させる際に、非一様有理化Bスプライン(NURBS)で表
現された曲線における位置指令情報を直接入力し、その
指令情報を基に数値制御を行うことが可能となる。
[実施例] 以下、本発明の数値制御装置の一実施例について図に
基づき説明する。
非一様有理化Bスプライン(NURBS)は、3次スプラ
イン曲線などの一般的なスプライン曲線や、直線・円弧
・楕円などが表現でき、制御点を使って媒介変数により
1つの式で表現されるスプラインである。その曲線は次
式により表現される。
ここで、Piは制御点座標値、tは与えられたノットパラ
メータから決まる所定の範囲a≦t≦bを定義域とする
媒介変数で、即ちパラメータ、nは制御点数、k−1は
階数、Ni,k(t)はB−スプライン関数、wiは各制御点
に付加された重みである。
Ni,k(t)は媒介変数およびノットベクトルから求め
られる。すなわち、Ni,k(t)は Ni,k(t)= (t−ti)/(ti+k−1−ti)Ni,k−1(t)+(ti
+k−t)/(ti+k−ti+1)Ni+1,k−1(t) と再帰的に定義される。ただし、 Ni,1(t)=1(ti≦t≦ti+1) Ni,1(t)=0(それ以外) であり、0/0=0とする。
したがって、非一様有理化Bスプラインを定義するに
は、位置指令情報として、その階数、制御点数、制御点
座標値、重みデータおよびノットベクトルを入力する必
要がある。
第1図は本発明の一実施例を説明するための図であ
る。数値制御装置は位置指令情報入力手段によってP1の
ようにNCデータを読み取るが、1ブロックをまず読み込
み、データがある場合は、入力データ判別手段によって
P3のようにそのデータがスプライン補間であるかあるい
は従来のコードであるかを判定する。G01,G02,G03のよ
うな従来のコードの場合はP4において従来の直線あるい
は円弧補間を行う。スプライン補間コードであると判定
された場合は、非一様有理化Bスプライン(NURBS)補
間手段によってP5のようにスプライン補間を行う。
第2図は本発明の一実施例のスプライン補間処理部分
を説明するための図である。読み込んだデータが階数の
入力か(S1)、制御点数の入力か(S2)、ノットベクト
ルの入力か(S3)、制御点の入力か(S4)を判定する。
そして、階数入力の場合は、階数値を読み込み内部デー
タとして取り込む(S5)。制御点数入力の場合はその制
御点を読み内部データとして取り込む。ノットベクトル
の入力の場合は、ノットベクトルを読み込み内部データ
として取り込む(S8)。この際、ノットベクトルの要素
数は内部データの階数値+制御点数だけ読み込む。制御
点データ入力の場合は、S8において制御点データ(三次
元座標値および重み)を以前に読み込んだ制御点数だけ
読み込む。そして階数値、制御点数、ノットベクトル、
制御点データを基にスプライン曲線を発生させる(S
9)。即ち、内部データとして設定されている階数k−
1、制御点数n,制御点座標値Pi、重みデータWi、ノット
ベクトルNiを上記の非一様有理化Bスプライン(NURB
S)で表現された曲線に代入し、媒介変数tを与えてB
(t)を計算すれば、微小線分が求められる。そして、
媒介変数tを所定の範囲a≦t≦bで分割して変化させ
ることにより、微小線分による近似で曲線補間が実現で
きる。このようにして、非一様有理化Bスプライン(NU
RBS)は、直線、円弧、楕円双曲線などの形状を統一的
に表現できる。また、非一様有理化Bスプライン(NURB
S)補間手段によって微小線分に分割して補間するの
で、大量の中間媒体を必要としない。
第3図は以上のような本発明の一実施例の構成におい
て、その動作を具体的に説明するための図である。シー
ケンスナンバー001から003までは従来の直線・円弧コー
ドが書かれており、本発明の数値制御装置においては従
来コードは従来の補間方法で処理が行われる。シーケン
スナンバ004では、非一様有理Bスプラインの階数およ
び制御点数を設定している。この設定の指定は、G70.0
を読み込むとその1ブロックは設定変更を意味する。こ
のように本発明においては記号によって非一様有理Bス
プラインの設定を変更する。そのブロック中の記号
(M)は次の続く数字が階数であることを意味し、記号
(N)は次に続く数字が制御点数を意味している。シー
ケンスナンバ005ではG70.0が最初にあり、そのブロック
が非一様有理Bスプラインの設定ブロックであることを
意味している。ここで用いられている記号(K)はノッ
トベクトルの設定を意味し、以後続く数値を読み込んで
内部ノットベクトルとして取り込む。ノットベクトルの
要素数は階数+制御点数でありこの数だけ読み込むこと
になる。シーケンスナンバ006はG70.1が最初にあり、制
御点データが以降定義されていることを意味している。
記号(X)(Y)(Z)は三次元データであり記号
(W)はその点における重み値を意味している。本発明
の数値制御装置においては、以後続く制御点数分のブロ
ックを読み込み、これをもとにして非一様有理Bスプラ
イン曲線の補間を行う。シーケンスナンバ007も非一様
有理Bスプライン曲線による移動指令である。シーケン
スナンバ008は従来のGコードである。
このように本発明の数値制御装置によれば、従来と同
様の識別子を拡張するだけでEIA(Electronics Industr
ies Association)やISO(International Standardizat
ion Organization)によるNCデータと位置指令情報とを
混在でき非一様有理化Bスプラインを定義することがで
きる。また、非一様有理化Bスプラインの補間機能をNC
内に持っており、従来のように大量の微小線分を作成し
数値制御装置に流し込むという手間が必要なくなる。ま
た、非一様有理化Bスプラインは形状表現性に優れてい
るため、従来に数値制御装置に比較して複雑な形状の加
工がしやすくなる長所がある。さらに、従来の直線や円
弧といったNCデータのほか、楕円や放物線などの形状要
素や3次スプライン曲線なども表現でき、異なる識別子
を付加するだけで従来のNCデータを混在できる利点があ
る。
[発明の効果] 本発明においては、非一様有理化Bスプライン(NURB
S)より表現された位置指令値を直接入力しその指令値
を基に数値制御を行うことが可能となる。これにより、
従来システムのように大量の中間媒体を必要とすること
なく、工作機械あるいはロボットを高速に制御すること
が可能である。さらに、非一様有理化Bスプライン(NU
RBS)は直線、円弧、楕円、3次スプラインなどの従来
のNCデータのほか、様々な形状が統一的に表現されるか
ら従来の方式に比較して、数値制御装置側で制御可能な
移動パターンを大幅に増やすことが可能となる。
また、本発明の数値制御装置においては、従来のEIA
やISOコードと混在して使用できるメリットもある。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は本発明の数値制御装置の内部処理
構成図、第3図は本発明の数値制御装置の動作を説明す
るための説明図である。 図において、(P1)から(P5)は各処理の流れ、(S1)
から(S9)はスプライン処理の流れである。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】階数、制御点数、制御点座標値、重みデー
    タおよびノットベクトルよりなる位置指令情報で定義さ
    れる非一様有理化Bスプラインを曲線B(t)で表現
    し、移動指令に対応する上記位置指令情報を入力する位
    置指令情報入力手段、並びに入力した上記位置指令情報
    を上記曲線B(t)に代入し媒介変数tを変化させて変
    化量を計算し、この変化量による微小線分で上記移動指
    令を補間する非一様有理化Bスプライン補間手段を備え
    た数値制御装置。
  2. 【請求項2】入力データ判別手段を備え、異なる識別記
    号を付加したNCデータと位置指令情報を位置指令情報入
    力手段によって入力し、上記入力データ判別手段は上記
    識別記号によって上記NCデータと上記位置指令情報を判
    別することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の数
    値制御装置。
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