JP2818556B2

JP2818556B2 - 数値制御装置

Info

Publication number: JP2818556B2
Application number: JP7184788A
Authority: JP
Inventors: 守広野; 章藤井; 中村　　匡宏
Original assignee: NEC Corp; Makino Milling Machine Co Ltd
Current assignee: NEC Corp; Makino Milling Machine Co Ltd
Priority date: 1995-06-27
Filing date: 1995-06-27
Publication date: 1998-10-30
Anticipated expiration: 2013-10-30
Also published as: JPH0916238A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は数値制御装置に関する。
本発明が適用される数値制御装置が制御する工作機械と
しては、特に制限はなく、旋盤、フライス盤、マシニン
グセンタ、形彫り放電加工機、ワイヤカット放電加工
機、レーザ加工機等広く適用できる。

【０００２】

【従来の技術】まず、工作機械の概要を図６により説明
する。工作機械では、可動テーブル４０４に固定された
被加工物４０１を加工工具４０２により加工する。加工
工具４０２は、加工工具装着装置４０３に固定される。
モータ４０５、モータ４０６はそれぞれ可動テーブルを
前後、左右に移動させる。モータ４０７は工具装着装置
４０３を上下に移動させる。数値制御装置４０８は、加
工指令４０９および操作盤４１０からの設定に基づき、
所望の加工が行えるようにモータ４０５、４０６、４０
７を制御する。

【０００３】数値制御装置の処理概要を図７により説明
する。数値制御装置は通常、入力された加工プログラム
５０１および操作盤５０２からの設定をモータ５０４の
回転指令に変換する制御装置５０３を持っている。制御
装置５０３は、入出力手段５０５、記憶手段５０６、加
工指令処理手段５０７、補間手段５０８、サーボ制御手
段５０９から構成されている。

【０００４】加工プログラム５０１は、工具の移動指令
と、各種座標変換や各種の補正機能等を指令するプログ
ラムである。移動指令は通常、線分や円弧といった基本
形状単位の移動指令の組合わせとして表現される。座標
変換の例としては、図形の拡大縮小や図形の回転があ
る。補正機能の例としては径補正やテーパ加工補正等が
ある。操作盤５０２では、加工プログラム５０１の各種
動作パラメータの設定を行うことができる。例えば、加
工速度のオーバライド値や径補正量、加工形状のミラー
イメージ（鏡像）指定等である。

【０００５】加工プログラム５０１や操作盤５０２での
操作は、入出力手段５０５より制御装置５０３に入力さ
れ、記憶手段５０６に格納されるか、あるいは、直接に
加工指令処理手段５０７に渡される。加工指令処理手段
５０７では、操作盤５０２からの設定を加味しつつ、加
工プログラム５０１で規定された移動指令を解析し各種
の座標変換や補正を施して補間手段５０８に渡す。補間
手段５０８への入力は、各種の座標変換や補正済みの、
線分や円弧といった基本形状単位の移動指令である。

【０００６】補間手段５０８は、微小時間周期毎に、そ
の周期での移動量をサーボ制御手段５０９に指令する。
サーボ制御手段５０９では、補間手段５０８からの指令
通りにモータ５０４を追従させるべく、サーボ制御を行
う。モータ５０４は、工作機械の可動テーブルや垂直軸
を動作させる。この様にして、被加工物が加工プログラ
ム５０１や操作盤５０２の指定通りに加工される。

【０００７】最近の数値制御装置では、加工軌跡をＣＲ
Ｔ画面上にグラフィック表示し簡単に加工軌跡の確認が
できるものが多い。加工軌跡の描画機能の処理概要を図
８により説明する。図８における加工プログラム５０
１、操作盤５０２、入出力手段５０５、記憶手段５０
６、加工指令処理手段５０７は、前述の数値制御処理の
処理概要（図７）で述べたものと同等である。制御装置
６０３は、入出力手段５０５、記憶手段５０６、加工指
令処理手段５０７、描画手段６０１から成る。加工指令
処理手段５０７の出力は、各種の座標変換、補正が施さ
れた後の線分や円弧といった基本形状単位の移動指令で
ある。この移動指令は描画手段６０１に入力される。描
画手段６０１では、与えられた移動指令にもとづいてＣ
ＲＴ６０２上に移動軌跡を描画する。

【０００８】数値制御装置は加工軌跡を定義するための
機能として座標変換機能を持つものが多いが、次にこの
座標変換機能の概要を説明する。座標変換機能にはいろ
いろな種類が存在する。例えば図形の平行移動、図形の
拡大縮小、図形の回転、図形の鏡像（ミラーイメージ）
処理、座標系の移動、座標系の回転、座標軸の交換など
である。

【０００９】図形の平行移動は、図９（ａ）に示すよう
に、図形を指定された平行移動ベクトル７０１分平行移
動するものである。図形の拡大縮小は、図９（ｂ）に示
すように、指定された拡大縮小中心点７０２と拡大縮小
率により、形状を拡大縮小するものである。図形の回転
は、図９（ｃ）に示すように、指定された回転中心点７
０３と回転角度により形状を回転する。図形の鏡像（ミ
ラーイメージ）処理は、図９（ｄ）に示すように、元図
形をミラー軸７０４に関して鏡像の位置に変換する。さ
らに、座標系の移動は、図１０（ａ）に示すように、元
図形が定義されている座標系を平行移動ベクトル７０５
分平行移動する。座標系の回転は、図１０（ｂ）に示す
ように、元図形が定義されている座標系を座標系回転中
心７０６と回転角度をもとに回転する。座標軸の交換
は、図１０（ｃ）に示すように、Ｘ座標値とＹ座標値を
入れ替える。

【００１０】座標変換機能を指令する方法としては通常
２つの方法がある。一つは加工プログラム内のプログラ
ム指令として指令する方法である。もう一つはキーボー
ド等の操作盤から設定する方法である。

【００１１】座標変換は通常、複数回多重に行うことが
できる。例えば、図形の拡大縮小および図形の回転の２
つの座標変換指令を指令した例を図１１により説明す
る。まず、以下の様に元図形、座標変換１、２を定義す
る。元図形：原点を中心にもつ半径１の円。座標変換１：原点を拡大縮小の中心点とし拡大縮小率
が２倍の図形拡大座標変換２：座標（０，２）を回転中心、反時計回り
に９０度の回転

【００１２】元図形８０１に対してまず座標変換１が行
われ中間図形８０２となる。中間図形８０２は原点中心
半径２の円である。次に座標変換２を行い最終図形８０
３となる。最終図形８０３は、座標（２，２）を中心と
する半径２の円である。

【００１３】座標変換が複数回行われた場合、一般的に
座標変換の順序によって最終図形が異なる。この例を図
１２をもとに説明する。図１２は、図１１において座標
変換２を座標変換１より前に行ったものである。中間図
形９０２は、座標（２，２）中心、半径１の円である。
最終図形９０３は、座標（４，４）中心半径２の円とな
り、図１１の最終図形８０２と異なる。

【００１４】このように、座標変換が複数回行われた場
合それらをどの順序で元図形に施すかは重要である。先
に施される座標変換指令ほど優先度が高いということに
する。優先度の指定方法としては、次の３つの方法が代
表的である。

【００１５】優先度決定方法１：指令された順序がそ
のまま優先度の順になる。優先度決定方法２：各指令が固定的に優先度を持って
いる。優先度決定方法３：方法１と方法２の組合わせ。たと
えば、各種の座標変換指令がグループ分けされており、
グループ内では、指令された順の優先度、グループ間で
は固定的な優先度の順になる。

【００１６】座標変換の実現手段としては、通常、行列
演算が用いられ、座標空間をｎ次元空間とすると、一つ
の座標変換は、ｑ＝Ａｐ＋Ｂ（１）の様に一つの座標変換式で表わさせる。ここで、ｐ：変換前のｎ次元座標値（ｎ×１行列）ｑ：座標変換後のｎ次元座標値（ｎ×１行列）である。また、ＡとＢは座標変換を規定する行列であ
り、Ａ：ｎ×ｎ行列Ｂ：ｎ×１行列である。

【００１７】複数回の座標変換が指令された場合の実現
方法は下記の２通りある。多重変換方式１：変換の優先度にしたがって順次変換
式を適用していく。多重変換方式２：各変換式を合成し、多重変換をおこ
なう一括変換式をあらかじめ計算しておき、実際の変換
時にはこの一括変換式を用いる。

【００１８】例えば、第１の座標変換をｐ₂＝Ａ₁ｐ₁＋Ｂ₁ （２）第２の座標変換をｐ₃＝Ａ₂ｐ₂＋Ｂ₂ （３）とした場合、多重変換方式１では、まず入力された座標
値ｐ₁に対して式２を施し、第１回目の変換結果ｐ₂を求
める。次に、ｐ₂に対して式３を施し最終座標値ｐ₃を求
める。

【００１９】多重変換方式２では、座標変換に先立って
式２と式３を合成し一括変換式をもとめる。すなわち、ｐ₃＝Ａ₂ｐ₂＋Ｂ₂ ＝Ａ₂（Ａ₁ｐ₁＋Ｂ₁）＋Ｂ₂ ＝（Ａ₂・Ａ₁）ｐ₁＋（Ａ₂・Ｂ₁＋Ｂ₂）（４）の変換により、あらかじめ、Ａ₃＝Ａ₂・Ａ₁、Ｂ₃＝Ａ₂・Ｂ₁＋Ｂ₂ を求めておき、入力された座標ｐ₁に対して次式によっ
て１回の座標計算によって変換座標を計算する。ｐ₃＝Ａ₃ｐ₁＋Ｂ₃ （５）

【００２０】次に図形変換機能の実現例を示す。図形変
換機能は通常、前述の加工指令処理手段５０７内で実現
される（図７，８参照）。この加工指令処理手段５０７
の構成を図１３により説明する。

【００２１】意味解析手段１００１は、入出力手段５０
５や記憶手段５０６からの入力を受けて、それが移動指
令か座標変換指令か各種補正指令なのか等といった意味
の解析を行う。移動指令１００６は座標変換手段１００
２へ、座標変換指令１００７は座標変換登録手段１００
３へ、各種の補正指令１００８は各種補正登録手段１０
０５へそれぞれ入力される。

【００２２】座標変換登録手段１００３は、意味解析手
段１００１から送られた各種の座標変換指令１００７を
記憶するとともに、必要な前処理をおこなう。座標変換
手段１００２は、入力された移動指令１００６に対し
て、座標変換登録手段１００３の情報をもとに座標変換
を行う。各種補正登録手段１００５は、意味解析手段１
００１から送られた各種補正指令１００８（工具径補
正、テーパ角度補正等）に関して、同指令を記憶すると
ともに必要な前準備を行う。各種補正手段１００４で
は、座標変換手段１００２の出力に対して各種補正登録
手段１００５がもつ各種補正指令情報により加工軌跡の
補正処理を行う。

【００２３】加工の場合は、各種補正手段１００４の出
力は補間手段５０８への入力となる（図７に対応）。又
軌跡を描画する場合は、各種補正手段１００４の出力は
描画手段６０１に送られる（図８に対応）。

【００２４】本例では、座標変換手段１００２の処理が
各種補正手段１００４より前にあるが、これは特に重要
ではなく、数値制御装置の仕様に合せて、順序が入れ替
わってもよいし、各種補正手段の前と後で座標変換を行
ってもよい。

【００２５】座標変換手段１００２と座標変換登録手段
１００３の処理を、前記の多重変換方式１にもとづいて
詳細に説明する。座標変換登録手段１００３は入力され
てくる各種の座標変換指令に関して、優先度を決定する
とともに、それぞれの変換式を決定する。たとえば、図
１４（ａ）に示すように、変換式を優先度順にならべた
座標変換式テーブルを作成する。座標変換手段１００２
では、入力された移動指令に対して、前記の座標変換式
テーブルの変換式を順次適用していくことで座標変換を
行う（図１４（ｂ））。

【００２６】次に座標変換手段１００２と座標変換登録
手段１００３の他の処理方法すなわち多重変換方式２に
基づく方法を説明する。座標変換登録手段１００３は入
力される各種の座標変換指令に関して、優先度を決定す
るとともに、それぞれの変換行列を決定し座標変換式テ
ーブルを作成する。さらに、この座標変換式テーブルか
ら一括変換式を計算しておく（図１５（ａ））。座標変
換手段１００２ではこの一括変換式により座標変換を行
う（図１５（ｂ））。

【００２７】この座標変換と描画に関連する特許出願と
しては、関連特許１：特開昭６０−３１６１１号「加工軌跡制
御プログラムの検査方法」関連特許２：特開平５−７３１２６号「数値制御装置
のシミュレーション描画方法」が知られている。

【００２８】関連特許１は、回転テーブルを有する工作
機械に関する。単に加工プログラムによる加工軌跡を描
画したのでは、各回転角度ごとの加工軌跡が重なって表
示されるため加工軌跡のチェックが困難である。そこ
で、この関連特許１は、回転テーブルの回転角度がある
一定の範囲にある間のみの軌跡を表示することでこの困
難を回避しようというものである。

【００２９】関連特許２は、操作盤よりミラーイメージ
指令が行える数値制御装置において、描画においてもミ
ラーイメージ指令が加味した描画を行わせ、より実際に
近い描画を得ようとするものである。

【００３０】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術は、基
本的に加工の最終形状を画面に表示するというものであ
る。現在の数値制御装置では、元図形に対して各種の座
標変換を複数回指令できるが、この場合、最終形状のみ
を描画したのではそれが意図した軌跡なのかどうかを判
定するのは非常に困難である。さらに、従来の技術で述
べたように座標変換の順序によって図形が異なるため、
なおさら最終形状の正当性を検証するのが難しくなる。

【００３１】従来、加工プログラム中の複数の座標変換
指令が、設計者の意図通りになっているかどうかを確認
する方法について、何ら提案されていない。したがっ
て、それを確認するためには、例えば、加工プログラム
に、座標変換指令を付加、削除しながら逐次確認してい
くという面倒な作業を行わざるを得なかった。

【００３２】本発明は以上の点にかんがみて成されたも
ので、加工プログラムに手を加えることなく、簡単な方
法により、座標変換指令の確認ができるようにすること
を目的とする。

【００３３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明においては、複数の座標変換を実行して加工
軌跡を生成する数値制御装置において、複数の座標変換
のうちの中間段階を指定する中間段階指定手段を設け、
指定された中間段階までの座標変換を前記元図形に施し
て加工軌跡を生成し、その加工軌跡を表示するように構
成した。

【００３４】また、一連の座標変換の途中段階における
変換結果をすべて表示するように構成した。

【００３５】

【作用】元図形から最終形状に至るまでの座標変換過程
の一部または全部を表示する。それにより、加工プログ
ラムの検査を視覚的に効果的に行なうことができる。

【００３６】

【実施例】本発明の一実施例を図１を用いて説明する。
図１における、加工プログラム５０１、操作盤５０２、
入出力手段５０５、記憶手段５０６、描画手段６０１、
ＣＲＴ６０２は、前述の加工軌跡の描画機能の処理概要
（図８）で述べたものと同一である。

【００３７】変換回数設定手段１０１は、複数の座標変
換のうちの中間段階を指定する中間段階指定手段の一実
現手段であって、操作盤５０２の操作入力を、入出力手
段５０５を介して受け、操作者が指定する変換回数を設
定する。加工指令処理手段１０２の機能は、基本的に
は、前述の加工指令処理手段５０７（図８）の機能と同
等であるが、加えて変換回数設定手段１０１で指定され
た変換回数までの座標変換のみを元図形に施すことがで
きる。

【００３８】図２は加工指定処理手段１０２の一構成例
を示し、この例は前述した多重変換方式１（図１４）に
基づくものである。

【００３９】図２における、入出力手段５０５、記憶手
段５０６、意味解析手段１００１、座標変換登録手段１
００３、各種補正手段１００４、各種補正登録手段１０
０５、描画手段６０１は、前述の図形変換機能の処理概
要（図１３）で述べたものと同一である。

【００４０】座標変換登録手段１００３は、図１４
（ａ）に示すような、優先度順にならんだ座標変換式テ
ーブルを座標変換手段２０１へ送る。座標変換手段２０
１は、変換回数設定手段１０１が決定した変換回数まで
の座標変換を行い、各種補正手段１００４へ出力する。
例えば、変換回数指定が２の場合、座標変換手段２０１
は、図３に示すように、第１段座標変換式と第２段座標
変換式のみを順次適用する。

【００４１】図４は加工指令処理手段１０２の別の構成
例を示し、この例は、前述の多重変換方式２（図１５）
に基づくものである。図４における、入出力手段５０
５、記憶手段５０６、意味解析手段１００１、座標変換
手段１００２、各種補正手段１００４、各種補正登録手
段１００５、描画手段６０１は、前述の図形変換機能の
処理概要（図１３）で述べたものと同一である。

【００４２】座標変換登録手段３０１は、指令された各
種座標変換の変換式から一括変換式を作成するが、この
際、変換回数設定手段１０１が決定した変換回数までの
変換式のみを用いる。たとえば、変換回数指定が２であ
れば、図５に示すように、第１段座標変換式と第２段座
標変換式とを合成して一括変換式を生成する。生成され
た一括変換式は座標変換手段１００２に入力され座標変
換が行われる。

【００４３】以上のような装置によれば、操作盤５０２
によって変換回数を入力するだけで、希望する中間段階
の加工軌跡がＣＲＴ６０２に表示される。例えば、第１
から第ｍまでのｍ回の座標変換が指令されているとする
と、変換回数として０ないしｍを指定したときの描画図
形は各々以下のとおりになる。変換回数０：座標変換を施さない加工軌跡。すなわち
元図形。変換回数１：第１段座標変換のみをほどこした加工軌
跡の描画図形。変換回数２：第１段座標変換および第２段座標変換を
施した加工軌跡の描画図形。・・・・・・変換回数ｍ：第１段から第ｍ段までの座標変換を施し
た加工軌跡の描画図形（すなわち、最終図形）。以上のように、変換回数０から変換回数ｍまでの間で任
意の一図形をＣＲＴ６０２上に描くことができる。

【００４４】上記とは別の描画方法として、変換回数０
から変換回数ｍまでの内の任意の複数個を同時にＣＲＴ
上に表示することができる。例えば、変換回数０から変
換回数ｍまでのすべての図形を表示することができる。

【００４５】上記の様な複数描画の場合、描画順序に関
して２つの方式が可能である。第１の方法は、ひとつの
描画図形の描画が完了してから別の描画図形を描画する
逐次描画方式である。第２の方法は加工プログラムの移
動指令毎に、すべての描画図形を描画していく並列描画
方式である。すなわち後者は各中間段階における複数の
描画図形を同時に描画していく方法である。

【００４６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、指令さ
れた複数の座標変換の変換過程の一部または全部を表示
することができる。これにより、座標変換をともなう加
工プログラムの検査を、同加工プログラムを書き換える
ことなく、視覚的に効果的に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示すブロック図

【図２】図１における加工指令処理手段の一構成例を示
すブロック図

【図３】図２の例において使用される座標変換式テーブ
ルを示す図

【図４】加工指令処理手段の別の構成例を示すブロック
図

【図５】図４の例において使用される座標変換式テーブ
ルを示す図

【図６】工作機械の一般的な説明図

【図７】数値制御装置の処理説明図

【図８】加工軌跡の描画機能の処理説明図

【図９】各種座標変換の説明図

【図１０】各種座標変換の説明図

【図１１】図形の拡大と回転の２つの座標変換について
の説明図

【図１２】図１１の拡大、回転を変換指令の順序を変え
て座標変換した場合を示す説明図

【図１３】加工指令処理手段の処理説明図

【図１４】図形変換の処理方法の説明図

【図１５】図形変換の別の処理方法の説明図

【符号の説明】

１０１変換回数設定手段１０２加工指令処理手段５０１加工プログラム５０２操作盤５０５入出力手段５０６記憶手段６０１描画手段６０２ＣＲＴ

フロントページの続き (72)発明者広野守神奈川県横浜市神奈川区新浦島町１丁目１番地25 日本電気ロボットエンジニアリング株式会社 (72)発明者藤井章東京都港区芝５丁目７番１号日本電気株式会社内 (72)発明者中村匡宏神奈川県愛甲郡愛川町三増359番地の３株式会社牧野フライス製作所内 (56)参考文献特開昭60−31611（ＪＰ，Ａ) 特開平４−169905（ＪＰ，Ａ) 特開平６−124112（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−269206（ＪＰ，Ａ) 特開平７−104815（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G05B 19/4093 G05B 19/4068

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】加工プログラム中の指令または操作盤か
らの入力に基づいて、元になる加工形状である元図形に
対して、図形の平行移動、図形の拡大縮小、図形の回
転、図形の鏡像処理、座標系の移動、座標系の回転、座
標軸の交換等の複数の座標変換を施して加工軌跡を生成
する数値制御装置において、前記複数の座標変換のうちの中間段階を指定する中間段
階指定手段と、前記手段により指定された前記中間段階までの座標変換
を前記元図形に施して加工軌跡を生成する加工指令処理
手段と、前記加工軌跡を表示する表示手段とを備えたことを特徴
とする数値制御装置。
【請求項２】前記中間段階指定手段が、前記座標変換
の当初から数えた変換回数を設定する変換回数設定手段
である請求項１の数値制御装置。
【請求項３】前記加工指令処理手段が、前記座標変換
の当初から前記指定された変換回数までの各中間段階に
おける加工軌跡をすべて生成し、前記表示手段が前記各
中間段階における加工軌跡をすべて表示する請求項２に
記載の数値制御装置。
【請求項４】加工プログラム中の指令または操作盤か
らの入力に基づいて、元になる加工形状である元図形に
対して、図形の平行移動、図形の拡大縮小、図形の回
転、図形の鏡像化、座標系の移動、座標系の回転、座標
軸の交換等の複数の座標変換を施して加工軌跡を生成す
る数値制御装置において、前記複数の座標変換の各々を順次前記元図形に施し、そ
の都度の加工軌跡を生成する加工指令手段と、前記その都度の加工軌跡をすべて表示する表示手段とを
備えたことを特徴とする数値制御装置。