JP2974183B2 - 数値制御工作機械における干渉チェック装置 - Google Patents

数値制御工作機械における干渉チェック装置

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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
    • G05B19/406Numerical 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 characterised by monitoring or safety
    • G05B19/4061Avoiding collision or forbidden zones

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Numerical Control (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、数値制御工作機械にお
ける数値制御情報により動作し得る部位の干渉をチェッ
クする装置に関する。
【0002】
【従来の技術】数値制御(以下、NCと称する)情報を
解釈して実行するNC装置により制御されるNC工作機
械においては、NC情報により工具、刃物台、ローダ
ー、計測装置などが同時動作するため、動作部位相互の
干渉や、動作部位と静止部位との干渉を回避すべく干渉
チェックすることが重要である。従来のNC工作機械に
おける干渉チェック装置として、旋盤のように工具の動
作範囲が2次元空間に限定されるものについては、工
具、刃物台、チャック、ワーク等の形状を2次元空間上
で定義し、定義された形状データ同士の干渉を2次元空
間内でチェックするものがある。また、マシニングセン
ターのように工具の動作範囲が3次元空間に及ぶものに
ついては、ワークや取付け治具等の形状をX−Y平面上
で定義するとともに、これらのZ方向の厚みを定義し、
工具刃先のZ座標値と、定義された形状データとの干渉
を事実上2次元空間でチェックするものがある。
【0003】しかしながら、加工における動作部位が増
加し、動きも複雑化している状況下では、上述した従来
装置には以下のような問題がある。まず、旋盤において
は、工具の動作範囲は2次元空間に限定されるものの、
例えばローダーと工具或いは刃物台との干渉を2次元空
間内のみでチェックすることは不可能である。また、マ
シニングセンターにおいては、図8に示すごとくワーク
の形状がZ方向に一様でないなど複雑な形状の場合に正
確な干渉チェックが困難である。そこで、これらの問題
を解消する厳密な干渉チェック装置として、3次元座標
系の形状データをこの3次元座標系の2個の座標軸を含
む互いに垂直な3平面上に投影し、各平面毎の投影デー
タ同士が重なるか否かを判定し、全ての平面上で投影デ
ータ同士が重なっているならば干渉が発生しているとみ
なすものが提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のNC工
作機械における干渉チェック装置では、動作部位の複雑
化した動きやワーク等の複雑な形状に対応するため、動
作部位や静止部位の形状の定義を厳密にしなければなら
ず、簡略な形状を定義していた時に比べて干渉チェック
の処理時間が長くなるという問題があった。本発明は上
述のような事情から成されたものであり、本発明の目的
は、NC工作機械での加工時の工具等の複雑化した動き
や複雑な形状に対応して正確な干渉チェックを短時間で
行なうことができるNC工作機械における干渉チェック
装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明はNC工作機械に
おける干渉チェック装置に関するものであり、本発明の
上記目的は、NC工作機械における数値制御情報により
動作し得る部位及び前記部位と干渉し得る部位の構成形
状要素数の異なる複数の形状データを前記各部位毎の3
次元座標系で登録する登録手段と、登録された各部位の
複数の形状データを予め登録されている前記工作機械固
有の3次元座標系の形状データに変換する変換手段と、
変換された形状データを前記工作機械固有の3次元座標
系の2本の座標軸を含む互いに垂直な3平面上に投影し
て投影データを生成する生成手段と、前記各平面毎の投
影データ同士が重なるか否かを演算により判定する演算
手段と、前記演算手段で重なると判定され、かつ全ての
平面上で同一形状データに基づく投影データ同士が重な
る場合に干渉が発生すると判定して干渉を検出する検出
手段とを備え、構成形状要素数の最も少ない形状データ
に基づく投影データから構成形状要素数の最も多い形状
データに基づく投影データまでの前記干渉発生の有無の
判定動作を、干渉が発生しないと判定するまで繰返すこ
とによって達成される。
【0006】
【作用】本発明にあっては、動作部位や動作部位と干渉
し得る部位の形状を概略的なものから詳細なものまで登
録できるようにし、順次干渉をチェックするようにして
いるので、NC工作機械での加工時の工具等が複雑な動
きをしたり、複雑な形状であっても正確な干渉チェック
を短時間で行なうことができる。
【0007】
【実施例】図1は本発明のNC工作機械における干渉チ
ェック装置の一例を示すブロック図であり、図2はその
動作例を示すフローチャートである。オペレーターは、
動作部位及びこの動作部位と干渉し得る部位の構成形状
要素数の少ない概略形状データある例えば図3に示すよ
うな、刃物台の形状に相当する円柱状要素1個とチェッ
ク及びワークの形状に相当する円柱形状要素1個からな
形状データOFと、構成形状要素数の多い詳細形状デ
ータである例えば図4に示すような、刃物台の形状に相
当する円柱形状要素9個とチャック及びワークの形状に
相当する円柱形状要素3個(空白形状要素1個を含む)
からなる形状データDFを各部位毎の3次元座標系で形
状データ登録部21に登録する(ステップS1、ステッ
プS2)。さらに、オペレータは、干渉チェックを行うべ
きNC工作機械固有の3次元座標系、例えばプログラム
座標系をチェック座標系登録部22に登録する(ステッ
プS3)。次に、位置座標値計算部25にてNCプログ
ラム解釈部23から干渉チェック指令SC及び工具等の
動作部位の位置座標データDPを読込み(ステップS
4)、干渉チェック指令SCがオンであって、干渉チェ
ックを行う対象となる形状が指定されている状態である
干渉チェック中か否かを判定する(ステップS5)。
【0008】干渉チェック中でない場合はステップS4
に戻って上述した処理を繰返し、干渉チェック中である
場合はさらに位置座標値計算部25にてNCプログラム
の終了コードを読込んだか否かを判定する(ステップS
6)。位置座標値計算部25にてNCプログラムの終了
コードを読込んだ場合は全ての処理を終了し、NCプロ
グラムの終了コードを読込んでいない場合は、NCプロ
グラム解釈部23から読込んだ位置座標データDPをチ
ェック座標系登録部22から読込んだチェック座標系C
Oでの位置座標データDPCに変換する(ステップS
7)。また、座標データ変換部26にて形状データ登録
部21から読込んだ各形状データOF、DFをチェック
座標系登録部22から読込んだチェック座標系COでの
形状データOC、DCに変換する。なお、チェック座標
系がプログラム座標系である場合は上記変換処理は不要
となる。
【0009】そして、投影データ生成部27にて座標デ
ータ変換部26から読込んだ形状データOCと、位置座
標値計算部25から読込んだ位置座標データDPCと、
基準点位置登録部24から読込んだ基準点の動作部位形
状データ内相対位置PFとから、X−Y、Y−Z、Z−
X各平面における投影データPOCを生成する(ステッ
プS8)。投影データ演算部28にて投影データ生成部
27からの各平面毎の投影データPOC同士が重なるか
否かを2値化した画像データのAND演算等により判定
し、各平面毎の投影データPOC同士が重なる場合はそ
の構成形状要素の名称の各平面毎の組合せDOを干渉検
出部29に送出する。そして、干渉検出部29にてX−
Y、Y−Z、Z−X全ての平面上で同一形状データに基
づく投影データPOC同士が重なっているか否かにより
干渉が発生しているか否かを判定し(ステップS9)、
全ての平面上で同一形状データに基づく投影データPO
C同士が重なっていないため干渉が発生していない場合
はステップS4に戻って上述した動作を繰返す。
【0010】一方、図5に示すように全ての平面上で同
一形状データに基づく投影データ同士が重なって干渉が
発生している場合は、投影データ生成部27にて座標デ
ータ変換部26から読込んだ形状データDCと、位置座
標値計算部25から読込んだ位置座標データDPCと、
基準点位置登録部24から読込んだ基準点の動作部位形
状データ内相対位置PFとから、X−Y、Y−Z、Z−
X各平面における投影データPDCを生成する(ステッ
プS10)。投影データ演算部28にて投影データ生成
部27からの各平面毎の投影データPDC同士が重なる
か否かを2値化した画像データのAND演算等により判
定し、各平面毎の投影データPDC同士が重なる場合は
その構成形状要素の名称の各平面毎の組合せとその重複
部のデータDDを干渉検出部29に送出する。そして、
干渉検出部29にてX−Y、Y−Z、Z−X全ての平面
上で同一形状データに基づく投影データPDC同士が重
なっているか否かにより干渉が発生しているか否かを判
定し(ステップS11)、全ての平面上で同一形状デー
タに基づく投影データPDC同士が重なっていないため
干渉が発生していない場合はステップS4に戻って上述
した動作を繰返す。
【0011】一方、図6に示すように全ての平面上で同
一形状データに基づく投影データ同士が重なって干渉が
発生している場合は、投影データ生成部27にて座標デ
ータ変換部26から読込んだ形状データDCの中に空白
形状データが存在するか否かを判定する(ステップS1
2)。空白形状データが存在しない場合はステップS1
5に進むが、この例では空白形状データが存在するの
で、投影データ生成部27にて空白データと、位置座標
値計算部25から読込んだ位置座標データDPCと、基
準点位置登録部24から読込んだ基準点の動作部位形状
データ内相対位置PFとから、X−Y、Y−Z、Z−X
各平面における空白投影データPDC′を生成する(ス
テップS13)。投影データ演算部28にて投影データ
生成部27からの各平面毎の空白投影データPDC′と
投影データPDCとが重なるか否かを2値化した画像デ
ータのAND演算等により判定し、各平面毎の空白投影
データPDC′と投影データPDCとが重なる場合はそ
の構成形状要素の名称の各平面毎の組合せとその重複部
のデータDD′を干渉検出部29に送出する。
【0012】そして、干渉検出部29にてX−Y、Y−
Z、Z−X全ての平面上で同一空白形状データに基づく
空白投影データPDC′と同一形状データに基づく投影
データPDCとが重なっているか否か、及び空白投影デ
ータPDC′の重複部のデータと投影データPDC同士
の重複部のデータと一致するか否かを判定し(ステップ
S14)、図7に示すように全ての平面上で同一空白形
状データに基づく空白投影データPDC′と同一形状デ
ータに基づく投影データPDCとが重なっており、かつ
空白投影データPDC′の重複部のデータと投影データ
PDC同士の重複部のデータとが一致する場合、ステッ
プS4に戻って上述した動作を繰返す。
【0013】一方、全ての平面上で同一空白形状データ
に基づく空白投影データPDC′と同一形状データに基
づく投影データPDCとが重なっていないか、重なって
いても空白投影データPDC′の重複部のデータと投影
データPDC同士の重複部のデータとが一致しない場合
は、干渉検出部29にて干渉発生を報知する信号をNC
装置に送出し(ステップS15)、ステップS4に戻っ
て上述した動作を繰返す。尚、本実施例ではNCプログ
ラムにより干渉チェック指令が行なわれていると想定し
ているが、干渉チェックの対象とする形状データの指定
や干渉チェックの入り切りの指令などは別の指令系を設
けても差し支えない。また、ステップS4以下のループ
内の処理は、時分割処理の1タスクにしても良いし、専
用プロセッサを設けて実施しても良く、また、加工に先
立って実施しても良いし、加工中に先に読出したNCプ
ログラムに対して順次実施しても良い。
【0014】
【発明の効果】以上のように本発明のNC工作機械にお
ける干渉チェック装置によれば、NC工作機械での加工
時の工具等の複雑化した動きや複雑な形状に対応して、
正確な干渉チェックを行なうことができるので、安全性
を高めることができ、かつ、概略的な形状で干渉の可能
性があると判定された時のみ詳細な形状でのチェックを
行なうため、処理時間を短縮させることができ、大幅な
工数低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のNC工作機械における干渉チェック装
置の一例を示すブロック図である。
【図2】本発明装置の動作例を示すフローチャートであ
る。
【図3】本発明装置に用いる概略形状データの一例を示
す斜視図である。
【図4】本発明装置に用いる詳細形状データの一例を示
す斜視図である。
【図5】本発明装置による図3に示す形状データに対す
る干渉チェック例を示す図である。
【図6】本発明装置による図4に示す形状データに対す
る干渉チェック例を示す図である。
【図7】本発明装置による図4に示す空白形状データに
対する干渉チェック例を示す図である。
【図8】従来のNC工作機械における干渉チェック装置
の問題点を説明するためのモデルの一例を示す斜視図で
ある。
【符号の説明】
21 形状データ登録部 22 チェック座標系登録部 23 NCプログラム解釈部 24 基準点位置登録部 25 位置座標値計算部 26 座標データ変換部 27 投影データ生成部 28 投影データ演算部 29 干渉検出部
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−180602(JP,A) 特開 昭64−48107(JP,A) 特開 平1−224811(JP,A) 特開 平4−210352(JP,A) 特開 昭64−1006(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G05B 19/4068

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 数値制御工作機械における数値制御情報
    により動作し得る部位及び前記部位と干渉し得る部位の
    構成形状要素数の異なる複数の形状データを前記各部位
    毎の3次元座標系で登録する登録手段と、登録された各
    部位の複数の形状データを予め登録されている前記工作
    機械固有の3次元座標系の形状データに変換する変換手
    段と、変換された形状データを前記工作機械固有の3次
    元座標系の2本の座標軸を含む互いに垂直な3平面上に
    投影して投影データを生成する生成手段と、前記各平面
    毎の投影データ同士が重なるか否かを演算により判定す
    る演算手段と、前記演算手段で重なると判定され、かつ
    全ての平面上で同一形状データに基づく投影データ同士
    が重なる場合に干渉が発生すると判定して干渉を検出す
    る検出手段とを備え、構成形状要素数の最も少ない形状
    データに基づく投影データから構成形状要素数の最も多
    い形状データに基づく投影データまでの前記干渉発生の
    有無の判定動作を、干渉が発生しないと判定するまで繰
    返すようにしたことを特徴とする数値制御工作機械にお
    ける干渉チェック装置。
  2. 【請求項2】 前記各部位の空白形状部分を空白形状デ
    ータとして前記登録手段に登録し、登録した空白形状デ
    ータを前記変換手段及び生成手段にて変換し生成した前
    記各平面毎の空白投影データと前記構成形状要素数の最
    も多い形状データに基づく投影データとが重なるか否か
    を前記演算手段にて判定し、前記演算手段で重なると判
    定され、かつ全ての平面上で同一形状データに基づく前
    記投影データと同一空白形状データに基づく前記空白投
    影データとが重ならない場合に干渉が発生すると前記検
    出手段にて判定するようにした請求項1に記載の数値制
    御工作機械における干渉チェック装置。
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