JP3034843B2

JP3034843B2 - 加工機の制御装置

Info

Publication number: JP3034843B2
Application number: JP10164297A
Authority: JP
Inventors: 徹水野; 俊明大槻; 晶一相良; 康寛斎藤
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 1998-05-28
Filing date: 1998-05-28
Publication date: 2000-04-17
Anticipated expiration: 2018-05-28
Also published as: EP0961187A1; JPH11338530A; DE69910119T2; US6539275B1; DE69910119D1; EP0961187B1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一般工作機械、レー
ザ加工機、プラズマ加工機等、サーボモータで各軸が駆
動される加工機を制御するための制御装置に関し、更に
詳しく言えば、前記制御装置で制御される加工機の加工
精度や加工速度を向上させるための技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種の工作機械、レーザ加工機、プラズ
マ加工機等においては、加工ヘッドに各種の加工ツール
（例えば、切削工具、穿孔工具、レーザビームノズル、
プラズマトーチ等）、が装備され、加工ヘッドあるいは
加工ヘッドに対して相対的な運動をさせるためのワーク
テーブル等を動作させる各軸がサーボモータで駆動され
る。

【０００３】各軸のサーボモータの制御は、各軸に設け
られたサーボ制御部（サーボＣＰＵ、サーボアンプ等を
内蔵）によって行なわれる。サーボ制御部は、モータ加
工機の制御装置から各軸毎に出力される移動指令と、サ
ーボモータあるいは駆動軸に設けられたパルスエンコー
ダ等を利用した位置フィードバック信号、速度フィード
バック信号に基づいて、サーボモータを制御する。

【０００４】制御装置はソフトウェア処理によって、加
工ツールの動作経路を定めたプログラムを読み出し、補
間処理を行い、動作経路に沿った多数の補間点を定め
る。また、所定限度の加速度（正負あり：以下、同様）
を以て滑らかな速度変化を指定する移動指令がサーボ制
御部に出力されるように、加減速処理が実行される。

【０００５】加減速処理は、補間処理後のデータに対し
て軸毎に加減速をかける方式で実行されることが多い。
しかし、このような補間後加減速の方式では、加減速の
遅れに起因する経路誤差が生じる。そこで、加減速の遅
れによる経路誤差の発生を避けるために、補間処理に先
だって加減速処理を行なう補間前加減速方式を採用する
ケースもあった。

【０００６】補間前加減速方式における加速度は空間内
における移動方向（動作経路の接線方向）に沿った加速
度を意味するが、従来から採用されている補間前加減速
方式では、加減速処理に際して実際に指定される許容加
速度は、空間内の移動方向（動作経路の接線方向）に関
係なく、一定とされるのが一般的であった。そのため、
加減速特性が互いに大きく異なる複数の軸が含まれる機
械では、最も許容加速度の小さい軸に適合した加速度
（接線加速度）を選択せざるを得なかった。その結果、
実際の移動に際しては、各軸について加速余力を残した
まま加減速が行なわれる可能性が高くなり、加減速に要
する時間が必要以上に延びるという問題があった。

【０００７】また、全軸の許容加速度が同一とみなせる
機械であれば、複数軸の同時補間により接線方向加速度
を各軸の許容加速度よりも高くすることができるが、そ
の場合でも一定の加速度が指定されるため、加減速に要
する時間が長引く傾向は残っていた。

【０００８】このような問題を解決するため、特開平３
−７８００６号公報では、各軸の許容加速度と、プログ
ラムのブロック情報に含まれる各軸の移動量から最適な
接線方向加速度を求める方法が提案されている。しかし
ながら、この方式は、１つのブロック内で加減速が完結
するような直線補間の移動では効果があるが、円弧補間
など移動方向が刻々と変化するケースでは適用できな
い。

【０００９】なお、補間と加減速の手順については、補
間を第１補間（前段）と第２補間（後段）に分け、後段
の第２補間に際して加減速の処理を実行するという方式
（２段階補間）が提案されている。２段階補間の中で、
特に、本発明者らが提案した方式（特願平９−３２９７
４４号参照）は、第２補間でも滑らかさが確保されてい
るため、経路精度を高く保つ上で有利である。

【００１０】しかし、特願平９−３２９７４４号で提案
された技術においても、加減速制御の加速度をその時々
の移動方向に応じて最適化するには至っていない。但
し、後述するように、この特願平９−３２９７４４号で
提案された技術は、本発明の前提となるものである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の目的
は、各種の工作機械、レーザ加工機、プラズマ加工機な
どの加工機を制御する制御装置において、各軸の加速能
力を十分に活かしつつ、軸毎に設定された加減速時の許
容最大加速度を越えないような最適な接線方向加速度を
適用した加減速制御を行えるようにすることにあり、更
に言えば、そのような加減速制御を移動方向が刻々と変
化するケースにも適用出来るようにすることにある。

【００１２】また別の観点から言えば、本発明の目的
は、本発明者らが特願平９−３２９７４４号で提案した
技術に改良を加え、加減速制御の加速度をその時々の移
動方向条件に応じて最適化出来るようにすることであ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、第２補間でも
経路セグメント間の滑らかさを確保した２段階補間を行
なう加工機の制御装置（特願平９−３２９７４４号で提
案）に改良を加え、第１補間処理で出力されたデータか
ら移動方向（空間内の接線方向）を求め、それに基づい
て、各軸毎に設定された加減速に関する許容最大加速度
を越えないように最適な接線方向加速度を計算し、第２
補間において、求められた接線方向加速度に基づいて接
線方向の加減速処理を行うことにより、上記技術課題を
解決したものである。

【００１４】本発明は、各軸がサーボモータで駆動され
る加工機を制御するために、加工プログラムで指令され
た工具の動作経路に関する補間処理を、第１のサンプリ
ング周期毎に補間点を求める第１補間を行なう第１補間
部と、その第１補間部から出力された補間点を第２のサ
ンプリング周期毎に再度補間する第２補間を行なう第２
補間部とによって行なう加工機の制御装置に適用され
る。

【００１５】本発明の特徴に従えば、第１補間部の後
に、各軸毎に設定された加減速時の許容最大加速度と、
前記第１補間部の出力データに含まれる工具の移動方向
とに基づいて各移動セグメントの接線方向加速度を求め
る接線方向加速度計算部と、各セグメント終点での減速
目標速度を求める減速目標速度計算部と、接線方向加速
度に基づいて、第２のサンプリング周期毎に、複数セグ
メントにまたがった接線方向の加減速処理を行い、接線
方向速度を求める加減速制御部が設けられ、第２補間部
において、加減速制御部で求められた接線方向速度に基
づいて第２補間処理が行われる。

【００１６】好ましい実施形態においては、減速目標速
度計算部は、複数のセグメントにまたがって加減速を行
なうために、中間メモリ上のデータに基づいて、最も新
しいセグメントのデータから順に遡って、各セグメント
終点での減速目標速度を求めるように構成される。

【００１７】また、典型的な実施形態においては、制御
装置は接線方向加速度計算部を有し、且つ、減速目標速
度計算部は下記のステップ（１）〜（４）で記述される
処理を下記ステップ（４）でイエスの判断が出力される
まで繰り返し実行して、前記減速目標速度を計算する。

【００１８】（１）中間メモリ上の最も新しいセグメン
トに指標ｉを対応させ、セグメントｉの終点での減速目
標速度を０とする。（２）接線方向加速度計算部であらかじめ計算された加
速度に基づいて減速して前記減速目標速度に達するとし
た場合のブロック始点速度を計算する。

【００１９】（３）その速度を１個前のセグメントｉ−
１の終点での減速目標速度とする。

【００２０】（４）セグメントｉ−１が、第２補間部に
よる第２補間処理が既に開始されている最新のセグメン
トであるか否か判断し、判断がノーである限り、指標ｉ
を１ダウンして１個前のセグメントに遡る意味を持た
せ、上記（２）へ戻る。

【００２１】上記（３）の段階で計算された減速目標速
度は、コーナ減速や指令速度等の条件により、下方修正
されても良い。

【００２２】本発明において、第１補間処理で出力され
るデータは、各軸毎の１補間周期分の移動量を表わすデ
ータ（以下、単に「セグメント」という）を含んでお
り、これはそれら多数のセグメントに対応する微小直線
ブロックが連続的に指令されていることと同等の状態と
みなすことが出来る。従って、円弧補間、直線補間など
全ての補間を同等に扱うことができる。即ち、円弧補間
など移動方向が連続的に変化する場合も、第１補間部か
ら出力されるデータに含まれるセグメント毎に最適な加
速度を計算することにより、接線方向加速度を連続的に
変化させることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明が適用される加工
機の制御装置のハードウェア構成を要部ブロック図で例
示したものである。同図において、符号１０で示された
制御装置は、全体を統括制御するプロセッサ１１を備え
る。プロセッサ１１は、バス２１を介して、ＲＯＭ１２
に格納されたシステムプログラムを読み出し、このシス
テムプログラムに従って、制御装置１０全体の制御を実
行する。また、例えばＤＲＡＭで構成されるＲＡＭ１３
には、一時的に計算データ、表示データ等が格納され
る。

【００２４】ＣＭＯＳ１４には、加工プログラム及び各
種パラメータが格納される。更に、ＣＭＯＳ１４に格納
されるデータには、後述する本発明特有の態様で２段階
補間と加減速の処理を組み合わせて実行するソフトウェ
ア（プログラム並びに関連パラメータ）が含まれる。

【００２５】ＣＭＯＳ１４は図示されないバッテリでバ
ックアップされ、制御装置１０の電源がオフされてもデ
ータが消去されない不揮発性メモリとして機能する。

【００２６】インターフェイス１５は、外部機器用との
入出力を行なう為に設けられ、オフラインプログラミン
グ装置、プリンタ等の外部機器３１が接続される。オフ
ラインプログラミング装置で加工プログラムを作成した
場合、そのデータは、インターフェイス１５を介して制
御装置１０に読み込まれる。制御装置１０で編集された
加工プログラムのデータは、例えばプリンタで出力可能
である。

【００２７】ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コント
ローラ）１６は、制御装置１０に内蔵され、ラダー形式
で作成されたシーケンスプログラムで機械を制御する。
即ち、加工プログラムで指令されたＭ機能、Ｓ機能及び
Ｔ機能に従って、これらをシーケンスプログラムで必要
な信号に変換し、Ｉ／Ｏユニット１７から機械側（ここ
では前述した４軸（＝Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ａ軸）を持つ
加工機）に出力する。この出力信号は、機械側の各種動
作部（エアシリンダ、ネジ、電気アクチュエータ等）を
作動させる。また、機械側の各種スイッチや機械操作盤
のスイッチ等の信号を受けて、必要な処理をして、プロ
セッサ１１に渡す。

【００２８】グラッフィク制御回路１８は、各軸（４
軸）の現在位置、アラーム、パラメータ、画像データ等
のディジタルデータを画像信号に変換して出力する。こ
の画像信号は、ＣＲＴ／ＭＤＩユニット２５の表示装置
２６に送られ、表示装置２６に表示される。インターフ
ェイス１９は、ＣＲＴ／ＭＤＩユニット２５内のキーボ
ード２７からデータを受けて、プロセッサ１１へ渡す。

【００２９】インターフェイス２０は、手動パルス発生
器３２に接続され、手動パルス発生器３２からのパルス
を受ける。手動パルス発生器３２は機械操作盤に実装さ
れ、ワークテーブルを含む機械本体の可動部を手動で移
動・位置決めするために使用することが出来る。

【００３０】軸制御回路４１〜４４は、プロセッサ１１
からの各軸の移動指令を受けて、サーボアンプ５１〜５
４に出力する。サーボアンプ５１〜５４は、この移動指
令に基づき、各軸のサーボモータ６１〜６４を駆動す
る。これら各軸のサーボモータ６１〜６４は、加工機の
基本３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）及び回転軸（Ａ軸）を駆
動する。なお、ここではＡ軸は、ワークテーブルの向き
を調整するための回転軸とする。本発明の特徴は、基本
３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の動作に反映される。

【００３１】符号６４１はＡ軸駆動用のサーボモータ６
４に付設された位置検出器としてのパルスコーダであ
り、図示は省略したが、他軸のサーボモータ６１〜６４
にも同様にパルスコーダが付設される。これらパルスコ
ーダの出力パルスは、位置フィードバック信号や速度の
フィードバック信号の生成に使用される。

【００３２】スピンドル制御回路７１は、スピンドル回
転指令の指令を受けて、スピンドルアンプ７２にスピン
ドル速度信号を出力する。スピンドルアンプ７２は、こ
のスピンドル速度信号を受けて、スピンドルモータ７３
を指令された回転速度で回転し、加工機の加工ツールを
動作させる。なお、加工機がレーザ加工機やプラズマ加
工機の場合には、これらスピンドル軸関連の構成は不要
となり、代わりに、レーザ発振器、プラズマトーチの制
御のための公知の構成が付加される。

【００３３】このように、本発明で用いられる制御装置
のハードウェア構成とその基本的な機能は、通常の数値
制御装置を内蔵するものと同様のもので良く、特別の変
更を要求するものではない。以下、上記ハードウェア構
成を持つ制御装置内部のソフトウェア処理により、本発
明の考え方に沿って２段階補間と加減速を組み合わせて
実行する手法について順を追って説明する。

【００３４】既述したように、本発明の制御装置は、特
願平９−３２９７４４号で提案された技術（以下、説明
の都合上「前提技術」と呼ぶ）を前提として、それに改
良を加えて加減速時の加速度を最適化出来るようにした
ものである。そこで、比較のために、図２に、前提技術
で採用されている２段階補間方式のソフトウェアをブロ
ック構成で記した。

【００３５】図２の最左部に記した指令解析部は、指令
プログラム（経路動作を記述したプログラム）を解析
し、第１補間部のためのデータに変換する。第１補間部
は、指令経路上の点を第１のサンプリング周期で補間計
算し、中間メモリに出力する。中間メモリに保存される
主なデータは、各軸の移動量（セグメントデータ）、送
り速度、ブロック長などである。

【００３６】加減速制御部は、中間メモリ上のデータに
基づき加減速制御を行い第２のサンプリング周期毎の速
度を計算し、第２補間部に出力する。第２補間部は、加
減速制御部からの出力と中間メモリから取り出したデー
タに基づき滑らかな曲線を生成し第２のサンプリング周
期毎にその滑らかな曲線上の点を出力する。

【００３７】第２のサンプリング周期は、第１のサンプ
リング周期よりも短く設定される。例えば、第１のサン
プリング周期は８ｍｓ、第２のサンプリング周期は１ｍ
ｓとする。第２補間で行う滑らかな補間については種々
の方式（例；３次曲線で滑らかに接続された移動セグメ
ント群を出力）が採用可能である。

【００３８】これに対して、本実施形態における制御装
置で採用される２段階補間方式のソフトウェアをブロッ
ク構成で示せば、図３のようになる。図２との比較から
明かなように、本ブロック構成は、第１補間データに基
づいて接線方向加速度を求める接線方向加速度計算部
と、中間メモリ上のデータから最適な加減速パターンを
作成し各セグメント毎の減速目標速度を求める減速目標
速度計算部を有することが特徴となっている。

【００３９】図３の最左部に記した指令解析部は、指令
プログラムを解析し、第１補間部のためのデータに変換
する。第１補間部は、指令経路上の点を第１のサンプリ
ング周期で補間計算して中間メモリに出力する。接線方
向加速度計算部は、各セグメントの移動量と、別途パラ
メータ等で設定された各軸の許容加速度に基づいて接線
方向加速度を求め中間メモリに出力する。

【００４０】そして、減速目標速度計算部は、中間メモ
リ上の複数のセグメントに渡って加減速パターンを作
り、各セグメント終点における減速目標速度を計算し、
中間メモリに出力する。加減速制御部は、中間メモリ上
のデータに基づき各セグメント終点での接線方向速度が
減速目標速度以下になるように加減速制御を行い、第２
のサンプリング周期毎の速度を計算する。

【００４１】更に、第２補間部は、加減速制御部からの
出力と中間メモリから取り出したデータに基づき、滑ら
かな曲線を生成し、第２のサンプリング周期毎にその滑
らかな曲線上の点を出力する。なお、前提技術と同様、
第２のサンプリング周期は、第１のサンプリング周期よ
りも短く設定される。例えば第１のサンプリング周期は
８ｍｓ、第２のサンプリング周期は１ｍｓとする。ま
た、第２補間で行う滑らかな補間についても、同様に種
々の方式が採用可能である。なお、第２補間で行う滑ら
かな補間については、３次曲線で滑らかに接続された移
動セグメント群を出力する方式について後述補足する。

【００４２】図４は、図３のブロック構成に含まれる接
線方向加速度計算部において、第１補間後の各軸の移動
量データと、各軸の許容加速度から、最適な接線方向加
速度を求める手順を表すフローチャートである。以下、
本フローチャートに基づいて、最適な接線方向加速度を
求める手順を説明する。

【００４３】図４のステップＧ１では、第１補間データ
の各軸の移動量（各軸について１セグメント）から、各
軸に関する方向余弦ｄｃｏｓ（ｎ）を求める。ここで、
ｎは軸番号であり、図３に示したようにＸ軸、Ｙ軸、Ｚ
軸を制御するケースであれば、例えばＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸
にｎ＝１、２、３を対応させれば良い。この場合、方向
余弦ｄｃｏｓ（１）は、各軸についての１セグメントを
合成（ベクトル合成）した移動方向ベクトルが、第１軸
（Ｘ軸）に対してなす角度の余弦となる。

【００４４】同様に、方向余弦ｄｃｏｓ（２）、ｄｃｏ
ｓ（３）は、各軸についての１セグメントを合成した方
向ベクトルが、第２軸（Ｙ軸）、第３軸（Ｚ軸）に対し
てそれぞれなす角度の余弦となる。

【００４５】上記方向ベクトルで表わされる移動方向の
加速度（即ち、接線方向加速度）Ａｔは、指令された全
軸について、下記の条件を満たす必要がある。Ａｔ×ｄｃｏｓ（ｎ）≦Ａｘ（ｎ）ここで、Ａｘ（ｎ）は第ｎ軸の最大許容加速度である。
上記例であれば、Ａｔ×ｄｃｏｓ（１）≦Ａｘ（１）Ａｔ×ｄｃｏｓ（２）≦Ａｘ（２）Ａｔ×ｄｃｏｓ（３）≦Ａｘ（３）となる。

【００４６】ステップＧ２では、ステップＧ１の結果を
用いて、最適な接線方向加速度Ａｔ(opt) を求める。Ａ
ｔ(opt) は、指令対象の全軸に関して接線方向加速度が
許容加速度以下でなければならないということを表わし
ている上記の条件を破らない範囲で、最も大きい値とし
て計算される。これは、Ａｘ（ｎ）／ｄｃｏｓ（ｎ）
［ｎ＝１、２・・・Ｎ：Ｎは指令対象全軸数］の中で最
小のもの、ｍｉｎ｛Ａｘ（ｎ）／ｄｃｏｓ（ｎ）｝［ｎ
＝１、２・・・Ｎ：Ｎは指令対象全軸数］を見つけるこ
とを意味している。指令軸数が３である上記例であれ
ば、ｍｉｎ｛Ａｘ（１）／ｄｃｏｓ（１）、Ａｘ（２）／ｄ
ｃｏｓ（２）、Ａｘ（３）／ｄｃｏｓ（３）｝となる。

【００４７】続くステップＧ３で、上記Ａｔ(opt) を中
間メモリに出力し、処理を終える。

【００４８】このようにして、中間メモリには、第１補
間の補間周期毎に、第１補間で出力される通常のデータ
（１補間周期分の各軸の移動量を表わすセグメントな
ど）に加えて、上記Ａｔ(opt) が入力される。なお、こ
こで注意すべきことは、Ａｔ(opt) は一般には定数でな
く、第１補間の補間出力データに依存して変化するとい
う点である。

【００４９】中間メモリに渡されたこれらデータは、減
速目標速度計算部で行なわれる減速目標速度計算の処理
に利用される。この減速目標速度計算は、「複数のセグ
メントにまたがった加減速」のためのものであある。
「複数のセグメントにまたがった加減速」を説明するた
めに、図５に示した例を参照する。

【００５０】図５において、Ｓ１、Ｓ２・・・Ｓ８は、
いずれも第１補間部から出力されて中間メモリ上にある
セグメントを表わしている。Ｓ１〜Ｓ８の内、Ｓ８は中
間メモリ上の最新のセグメントとし、Ｓ１は現在実行中
のセグメントとする。なお、ここからの説明において、
「実行中のセグメント」とは、第２補間部による第２補
間処理が既に開始されている最新のセグメントのことで
あり、一般には、中間メモリ上にある最古のセグメント
でもある（第２補間処理が完了したセグメントデータは
中間メモリ上から消去され、直ちに次のセグメントの第
２補間処理が開始されるから）。

【００５１】ここで一例として、中間メモリ上の最新の
セグメントＳ８の終点速度を０とし、各セグメント毎に
求められる最適加速度Ａｔ(opt) で減速した結果、その
終点速度（ここでは、Ｓ８については０）に達すると想
定し、そのセグメント始点（最初はセグメントＳ８の始
点）での速度を求める。その速度を１個前のセグメント
（セグメントＳ８に対してはセグメントＳ７）の終点で
の速度とする。以後、同様に、１個前のセグメント始点
での速度を求めることを繰り返しながら、目下実行中の
セグメントＳ１（中間メモリ上の最古のセグメント）ま
で遡って速度パターンを作って行く。

【００５２】途中で、図５中のセグメントＳ４の終点の
ように、コーナ減速や指令速度等の条件により、作成さ
れた速度パターンよりも低い速度になる場合には、その
速度から新たな速度パターンを作る。ここで、中間メモ
リ上で最新のセグメントの終点速度を仮に０としたの
は、もし第１補間側が停止した場合でも必ず０まで減速
できるようにするためである。このようにして作成され
た速度パターンの各セグメントの終点に対応する速度
を、各セグメントの減速目標速度とする。

【００５３】この例では直線形の加減速について説明し
たが、本アルゴリズムは直線形に限定されるものではな
く、例えば時間一定の直線形加減速を組み合わせたベル
形加減速のような場合にも適用可能である。

【００５４】図６は、上記のアルゴリズムを一般化して
示したフローチャートである。ここで、ｆ（ｉ）は、セ
グメントＮｏ．ｉの終点での速度を表わす。また、ｆｅ
（ｉ）は、セグメントＮＯ．ｉの終点について、コーナ
減速その他の条件により決まる速度である。各ステップ
Ｈ１〜ステップＨ７の要点を箇条書き形式で記せば、次
のようになる。

【００５５】ステップＨ１；中間メモリ上の最新のセグ
メント番号（セグメントＮｏ．）ｉを特定する。図５の
例ではｉ＝８となる。以後、ｉは処理サイクルの進行状
況を表わす指標としても扱われる（指標ｉを記憶するレ
ジスタが予め設定されている）。ステップＨ２；セグメントＮｏ．ｉの終点における速度
ｆ（ｉ）を０に定める。

【００５６】ステップＨ３；セグメントｉが実行中のセ
グメントであるか判断し、イエスであれば、その時点に
おける加減速パターンが完成したことになるので、処理
を終了する。ノーであれば、ステップＨ４へ進む。ステップＨ４；セグメントＮｏ．ｉについて求められて
いるＡｔ(opt) に基づいて、セグメントＮｏ．ｉの始点
での速度を計算し、それをセグメントＮｏ．ｉ−１の終
点での速度ｆ（ｉ−１）として定める。但し、このｆ
（ｉ−１）は、最終決定ではなく、次のステップＨ５で
変更（下方修正）があり得る。

【００５７】ステップＨ５；ステップＨ４で求めたｆ
（ｉ−１）と、別途セグメントＮＯ．ｉ−１の終点につ
いて、コーナ減速その他の条件により決まる速度ｆｅ
（ｉ−１）との大小関係を判断する。ｆｅ（ｉ−１）＜
ｆ（ｉ−１）であればステップＨ６へ進み、ｆｅ（ｉ−
１）≧ｆ（ｉ−１）であればステップＨ７へ進む。

【００５８】ステップＨ６；ステップＨ４で定めたｆ
（ｉ−１）をｆｅ（ｉ−１）に変更する。ステップＨ７；指標ｉを１ダウンする。

【００５９】図７と図８に、２つのケースについて本発
明が適用された場合の加減速の様子を表わした例を示し
た。先ず、図７には、Ｘ軸とＹ軸の許容加速度の設定が
異なるケースに本発明が適用された場合の加減速の様子
を表わした例を示した。条件設定は、次のようなものと
する。

【００６０】Ｘ軸の許容加速度；１０００ｍｍ／ｓ2 Ｙ軸の許容加速度；５００ｍｍ／ｓ2 プログラムは、２ブロックＮ１、Ｎ２で構成され、ブロ
ックＮ１はＸ軸方向の移動、ブロックＮ２はＹ軸方向の
移動を命令するものである。なお、プログラムを記述す
る記号Ｇ０１・・・等は便宜的に例示したものである。

【００６１】本図から理解されるように、ブロックＮＩ
では、Ｘ軸方向の移動となるので、１０００ｍｍ／ｓ²
で加減速される。一方、ブロックＮ２では、Ｙ軸方向の
移動となるので、５００ｍｍ／ｓ² で加減速される。

【００６２】次に図８には、Ｘ軸とＹ軸の許容加速度の
設定が同一であるケースに本発明が適用された場合の加
減速の様子を表わした例を示した。条件設定は、次のよ
うなものとする。

【００６３】Ｘ軸の許容加速度；１０００ｍｍ／ｓ² Ｙ軸の許容加速度；１０００ｍｍ／ｓ² プログラムは、１ブロックＮ１で構成され、ブロックＮ
１はＸＹ平面上で４５度方向の移動を命令するものであ
る。なお、プログラムを記述する記号Ｇ０１・・・等は
便宜的に例示したものである。

【００６４】本図から理解されるように、Ｘ軸とＹ軸の
双方が動作して４５度方向に移動しているため、接線加
速度が１４１４ｍｍ／ｓ² となる、この時、Ｘ軸、Ｙ軸
の加速度は、丁度１０００ｍｍ／ｓ² （許容加速度）と
なっている。

【００６５】最後に、第２補間部が行なう滑らかな曲線
の生成と、その滑らかな曲線上の点の出力について簡単
に説明しておく。前述したように、第２補間部で行う滑
らかな補間については種々の方式が採用可能であるが、
ここでは、図９のフローチャートを参照して、第１補間
点を通る３次式を使用する方式について説明する。な
お、本例ではＸＹの２軸についてのみ計算を行っている
が、任意の軸数に拡張可能である。ここで言うセグメン
トは、一つの第１補間点と次の第１補間点の間の曲線補
間部分を意味している。また、フローチャート中の記号
は以下のように定義される。

【００６６】Ｐ0 ：現在補間処理実行中のセグメント始点の１個前の
第１補間点Ｐ11：現在補間処理実行中のセグメント始点Ｐ2 ：現在補間処理実行中のセグメント終点Ｐ3 ：現在補間処理実行中のセグメント終点の１個後の
第１補間点Ｌ1 ：Ｐ0 −Ｐ1 間の距離Ｌ2 ：Ｐ1 −Ｐ2 間の距離Ｌ3 ：Ｐ2 −Ｐ3 間の距離 △ｓ：加減速制御部から出力される接線方向速度（第２
のサンプリング周期あたりの移動量）Ｋ：セグメント切換え時に未出力である移動量の比率を
表す係数セグメント内の補間点の座標は、以下の式を用いて計算
される。パラメータｔは、点Ｐ0 、Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ3
で、一Ｌ1 、０、Ｌ2 、（Ｌ2 ＋Ｌ3 ）の値をとるもの
とし、その時点におけるＸ（ｔ）、Ｙ（ｔ）の座標値が
点Ｐ0 〜Ｐ2 の座標値に一致するという条件から、係数
Ａx 、Ｂx 、Ｃx 、Ｄx 、Ａy 、Ｂy 、Ｃy 、Ｄy を求
める。セグメント内の第２補間点は、以下の式でｔを
［０≦ｔ≦Ｌ2 ］の範囲で変化させることによって得ら
れる。Ｘ（ｔ）＝Ａx ｔ3 ＋Ｂx ｔ2 ＋Ｃx ｔ＋Ｄx Ｙ（ｔ）＝Ａy ｔ3 ＋Ｂy ｔ2 ＋Ｃy ｔ＋Ｄy また、Ｘ（ｔ）、Ｙ（ｔ）をｔについて微分したものを
Ｘ’（ｔ）、Ｙ’（ｔ）で表わす。各ステップにおける
処理の要点は次の通りである。［ステップＳＴ１］：ｔとＫを初期化する。Ｋはセグメ
ント切換え時に出力されていない移動量の比率を表す係
数であるから、切換え時以外は１．０が設定されてい
る。［ステップＳＴ２］：最初のセグメントの補間を行う。
最初のセグメントでは、そのセグメントの一個前の第１
補間点が存在しないためフローチャートのＳＴ３以降で
説明する方法と違った補間処理が行なわれる。このよう
なケースにおける補間処理方法は周知であり、詳細な手
順については説明を省略する。

【００６７】［ステップＳＴ３］：補間処理を実行する
セグメントを次のセグメントに切換える。［ステップＳＴ４］：現在補間処理実行中のセグメント
が最後のセグメントかどうか判断し、最後のセグメント
である場合にはステップＳＴ１４（最後のセグメントの
補間処理）へ進む。最後のセグメントでない場合には、
ステップＳＴ５に進む。［ステップＳＴ５〜ＳＴ７］：中間メモリからＰ0 、Ｐ
1 、Ｐ2 、Ｐ3 の座標を読み取り、セグメントの距離Ｌ
1 、Ｌ2 、Ｌ3 を求め、補間を行うための式Ｘ（ｔ）、
Ｙ（ｔ）の係数Ａx 、Ｂx 、Ｃx 、Ｄx 、Ａy 、Ｂy 、
Ｃy 、Ｄy を求める。

【００６８】［ステップＳＴ８］：加減速制御部で計算
された第２のサンプリング周期あたりの移動量△ｓ、Ｘ
（ｔ）、Ｙ（ｔ）の１次微分値、並びにＫから時間ｔの
増分△ｔを求める。［ステップＳＴ９］：ｔにその増分△ｔを加える。［ステップＳＴ１０］：ｔとＬ２を比較し、ｔ＞Ｌ2 と
なった場合には次のセグメントに切換える必要があると
判断し、ステップＳＴ１３（次のセグメントで出力する
距離の比率Ｋの計算）へ進む。ｔ≦Ｌ2 の場合には、同
じセグメント内であると判断し、ステップＳＴ１１に進
む。

【００６９】［ステップＳＴ１１］：Ｋ＝１．０とす
る。［ステップＳＴ１２］：第２補間点を式Ｘ（ｔ）、Ｙ
（ｔ）に基づいて計算した後、ステップＳＴ８に戻る。［ステップＳＴ１３］：次のセグメントで出力する距離
の比率Ｋを計算する。

【００７０】［ステップＳＴ１４］：最後のセグメント
の補間処理を行なう。最後のセグメントでは、そのセグ
メントの一個後の第１補間点が存在しないため、最初の
セグメントの場合と同様、フローチャートのＳＴ３以降
で説明した方法と違った補間処理が行なわれる。このよ
うなケースにおける補間処理方法は周知であり、詳細な
手順については説明を省略する。

【００７１】図１０には、第２補間後の補間点の様子を
例示した。同図において、Ｐ1 〜Ｐ3 は第１補間部から
出力された補間点、Ｑ0 〜Ｑ29は第２補間部から出力さ
れた補間点である。本図から明かな如く、滑らかな曲線
（ここでは３次曲線）で補間することにより、実際の移
動経路が指令経路に非常に近くなっている。

【００７２】この例では簡単のため４つの第１補間点を
通る３次式で補間を行ったケースについて説明している
が、曲線補間の方式としては、この他に、色々な次数の
多項式で表現される曲線、スプライン曲線、ベジエ曲
線、Ｂスプライン曲線など様々な曲線を利用することが
出来る。なお、これら曲線補間の手法自体は周知である
から、個別の詳細説明は省略する。

【００７３】

【発明の効果】本発明によれば、各種の工作機械、レー
ザ加工機、プラズマ加工機などの加工機を制御する制御
装置において、各軸の加速能力を十分に活かしつつ、軸
毎に設定された加減速時の許容最大加速度を越えないよ
うな最適な接線方向加速度を適用した加減速制御を行え
るようになる。本発明は、加減速制御を移動方向が刻々
と変化するケースにも適用出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される加工機の制御装置のハード
ウェア構成を要部ブロック図で例示したものである。

【図２】本発明の前提技術で採用されている２段階補間
方式のソフトウェアをブロック構成で記したものであ
る。

【図３】実施形態で採用されている２段階補間方式のソ
フトウェアをブロック構成で記したものである。

【図４】図３のブロック構成に含まれる接線方向加速度
計算部において、第１補間後の各軸の移動量データと、
各軸の許容加速度から、最適な接線方向加速度を求める
手順を表すフローチャートである。

【図５】複数のセグメントにまたがった加減速について
説明するための図である。

【図６】複数のセグメントにまたがった加減速処理にお
けるアルゴリズムの概要を記したフローチャートであ
る。

【図７】Ｘ軸とＹ軸の許容加速度の設定が異なるケース
に本発明が適用された場合の加減速の様子を表わした例
を示した図である。

【図８】Ｘ軸とＹ軸の許容加速度の設定が同一であるケ
ースに本発明が適用された場合の加減速の様子を表わし
た例を示した図である。

【図９】第２補間部が行なう滑らかな曲線の生成と、そ
の滑らかな曲線上の点の出力について説明するためのフ
ローチャートである。

【図１０】第２補間後の補間点の様子を例示した図であ
る。

【符号の説明】

１０制御装置（ＣＮＣ内蔵）１１プロセッサ１２ＲＯＭ１３ＲＡＭ１４ＣＭＯＳ１５インターフェイス１６ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントロー
ラ）１７Ｉ／Ｏユニット１８グラッフィク制御回路１９インターフェイス２０インターフェイス２１バス２５ＣＲＴ／ＭＤＩユニット２６表示装置２７キーボード３１外部機器３２手動パルス発生器４１〜４４軸制御回路５１〜５４サーボアンプ６１〜６４サーボモータ６５１パルスコーダ７１スピンドル制御回路７２スピンドルアンプ７３スピンドルモータ

フロントページの続き (72)発明者斎藤康寛山梨県南都留郡忍野村忍草字古馬場3580 番地ファナック株式会社内 (56)参考文献特開平８−202425（ＪＰ，Ａ) 特開平６−274220（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−168019（ＪＰ，Ａ) 特開平３−84604（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−45886（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05B 19/4103 G05B 19/416

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】各軸がサーボモータで駆動される加工機
を制御するために、加工プログラムで指令された工具の
動作経路に関する補間処理を、第１のサンプリング周期
毎に補間点を求める第１補間を行なう第１補間部と、そ
の第１補間部から出力された補間点を第２のサンプリン
グ周期毎に再度補間する第２補間を行なう第２補間部と
によって行なう加工機の制御装置において、前記第１補間部の後に、各軸毎に設定された加減速時の
許容最大加速度と、前記第１補間部の出力データに含ま
れる工具の移動方向とに基づいて各移動セグメントの接
線方向加速度を求める接線方向加速度計算部と、各セグメント終点での減速目標速度を求める減速目標速
度計算部と、前記接線方向加速度に基づいて、前記第２のサンプリン
グ周期毎に、複数セグメントにまたがった接線方向の加
減速処理を行い、接線方向速度を求める加減速制御部と
を備え、前記第２補間部において、前記加減速制御部で求められ
た接線方向速度に基づいて第２補間処理を行なう、前記
制御装置。
【請求項２】前記減速目標速度計算部は、複数のセグ
メントにまたがって加減速を行なうために、中間メモリ
上のデータに基づいて、最も新しいセグメントのデータ
から順に遡って、各セグメント終点での減速目標速度を
求めるようにした、請求項１に記載された加工機の制御
装置。
【請求項３】前記減速目標速度計算部は、下記のステ
ップ（１）〜（４）で記述される処理を下記ステップ
（４）でイエスの判断が出力されるまで繰り返し実行し
て、前記減速目標速度を計算する、請求項２に記載され
た制御装置。（１）中間メモリ上の最も新しいセグメントに指標ｉを
対応させ、セグメントｉの終点での減速目標速度を０と
する。（２）接線方向加速度計算部であらかじめ計算された加
速度に基づいて減速して前記減速目標速度に達するとし
た場合のブロック始点速度を計算する。（３）その速度を１個前のセグメントｉ−１の終点での
減速目標速度とする。（４）セグメントｉ−１が、第２補間部による第２補間
処理が既に開始されている最新のセグメントであるか否
か判断し、判断がノーである限り、指標ｉを１ダウンし
て１個前のセグメントに遡る意味を持たせ、上記（２）
へ戻る。
【請求項４】前記（３）の段階で計算された減速目標
速度が下方修正される、請求項３に記載された加工機の
制御装置。