JP3236579B2 - 数値制御装置および曲線経路補間方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、工作機械やロボ
ットなどの制御を行う数値制御装置および加工具等の可
動部の移動制御に係る曲線経路補間方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】図１７は例えば、特開昭６４−８１０１
２号公報に示された、従来の数値制御装置を示すブロッ
ク図である。図において、４１は指令がパンチされてい
る指令テープであり、４２はこの指令テープ４１を読み
込むテープリーダである。４３は読み込まれたデータの
前処理を行う前処理手段であり、４４は当該数値制御の
演算処理を実行する中央演算処理装置（以下、ＣＰＵと
いう）、４５はＣＰＵ４４よりアクセスされるメモリで
ある。４６は補間データを工具の各軸毎の指令パルスと
して分配するパルス分配器であり、４７はその指令パル
スに基づいてサーボモータを駆動するサーボ制御回路、
４８はそのサーボモータである。

【０００３】次に動作について説明する。まず、テープ
リーダ４２によって、指令位置や指令速度がパンチされ
ている指令テープ４１より工具移動についてのデータが
読み込まれる。読み込まれたデータに補間指令のＧコー
ドが含まれている場合には、前処理手段４３において指
令された点列に基づくスプライン曲線の設定が行われ
る。ＣＰＵ４４は設定された当該スプライン曲線の接線
方向での単位時間あたりの移動量を演算し、メモリ４５
に格納されている補間データ作成のためのプログラムに
従って工具軌跡を演算する。このようにして作成された
補間データは、パルス分配器４６で工具の各軸毎の指令
パルスとして分配され、それぞれのサーボ制御回路４７
に送られる。サーボ制御回路４７は受け取った指令パル
スに従ってサーボモータ４８を制御し、このサーボモー
タ４８の回転によってボールねじ等を介して工具を移動
させる。

【０００４】このように、上記数値制御装置において
は、まず接線ベクトルを求め、一定速度でスプライン曲
線上を移動するためのパラメータ変化量をその接線ベク
トルより算出し、そのパラメータ変化量に応じて、スプ
ライン曲線上の補間点をパルス分配周期毎に計算してお
り、そのスプライン曲線は３次スプライン曲線に基づい
て計算するものであった。また、そのスプライン曲線を
一定速度で移動するためのスプライン曲線のパラメータ
Δｔは、パルス分配毎の移動量ｆと接線ベクトルｐｔ’
から求められていた。

【０００５】なお、このような従来の数値制御装置に関
連した技術が記載された文献としては、この他にも、例
えば特開平３−１９９６３号公報などがある。この特開
平３−１９９６３号公報による曲線補間装置は、与えら
れた任意の曲線に対して、所望の許容誤差を保証するよ
うに微小線分で曲線を補間するものであり、この方法
は、現在位置における曲線の曲率と現在位置から探索長
だけ離れた付近の曲線の曲率を比較し、その判定結果よ
り線分長を決定するものである。

【０００６】また、「コンピュータ エイデッド デザ
イン（Computer Aided Design ）」第１９巻第９号（１
９８７年９月）の第４８５〜４９８頁に掲載された論文
「カーブ アンド サーフェス コンストラクションズ
ユージング ラショナルビー・スプラインズ（Curve
and surface constructions using rational B-spline
s）」にもあるように、有理化Ｂスプライン（Non Unifo
rm Rational B-Spline 、以下ＮＵＲＢＳという）曲線
がコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）において広く使用さ
れるようになってきている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の数値制御装置は
以上のように構成されているので、スプライン曲線上を
一定速度で移動する補間方式であり、進行方向（スプラ
イン曲線の接線方向）に対して、機械が振動を起こさな
いようななめらかな加減速制御が考慮されてはおらず、
始点のなめらかな加速制御、および終点での減速制御が
行われないため、スプライン曲線上をなめらかに機械制
御することができない。また、スプライン曲線上を一定
速度で移動するために、スプライン曲線の曲率に応じた
適切な速度制御が行われず、スプライン曲線上をなめら
かに機械制御できないとともに、加工精度が悪いという
課題があった。さらに、スプライン曲線上を一定指令速
度で移動するためのスプライン曲線のパラメータΔｔは
接線ベクトルｐｔ’から求めているため、計算時間がか
かるばかりか、一定速度指令で移動するために求めたス
プライン曲線のパラメータΔｔは、接線ベクトルｐｔ’
から求められているが、接線ベクトルｐｔ’では正確に
１パルス分配周期毎の移動量とスプライン曲線のパラメ
ータ変化量の比を求めることができず、曲率が大きいと
ころではパラメータΔｔの計算誤差が発生し、スプライ
ン曲線上を正確に指令速度で移動することはできない。
また、スプライン曲線の補間を行うにあたっての接線ベ
クトルの求め方が簡単ではなく、複数のスプライン曲線
からなる軌跡を補間する場合についても、進行方向（ス
プライン曲線の接線方向）に対して、機械が振動を起こ
さないようななめらかな加減速制御が考慮されておら
ず、始点のなめらかな加速制御および終点での減速制御
が行われないので、スプライン曲線上をなめらかに機械
制御することができないなどの課題があった。

【０００８】また、従来の補間方法では、探索長を細か
く設定しすぎると許容誤差は充分保証されるが、線分が
細かくなりすぎ、その後の直線補間部分での処理が追従
できず、高速な補間ができなくなって、探索長を大きく
しすぎると許容誤差が保証されなくなり、探索長の設定
が面倒なものとなるという課題があった。また、ＮＵＲ
ＢＳ曲線を前述の方法で補間すると、演算時間がかかり
高速な補間制御ができないという問題点があり、さら
に、一般の作業者にとっては、精度の保証も重要である
が加工速度の保証も重要な要素であり、精度優先と速度
優先を自由に選べる数値制御装置が望まれているが、そ
のような要請にも応えられないという課題があった。

【０００９】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、与えられた曲線の曲率に応じて補
間速度を制御して加工後の精度を向上させるとともに工
作機械の異常振動を低減する数値制御装置を得ることを
目的とする。

【００１０】また、この発明は、曲率の評価に要する時
間を短縮して機械工作の高速化を実現する数値制御装置
を得ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明に係る数値制御
装置は、位置指令を所望の移動経路に相当する曲線を表
現するスプライン関数の形式で入力する曲線入力部と、
所望の移動経路に係るスプライン曲線の曲率を入力され
た少なくともスプライン曲線の１次導関数、または２次
導関数、あるいは１次導関数と２次導関数に基づいて評
価する曲率評価部と、前記曲率評価部で評価された曲率
をもとに送り速度指令を生成する速度指令生成部とを備
えるようにしたものである。

【００１２】この発明に係る数値制御装置は、曲率評価
部がスプライン曲線を定義するパラメータを所定のピッ
チで変化させながらスプライン曲線の曲率を評価する機
能を有するようにしたものである。

【００１３】この発明に係る数値制御装置は、曲率評価
部が所望の移動経路に相当する曲線を表現するスプライ
ン関数に基づいて当該移動経路を分割して、分割された
それぞれの部分移動経路に相当する曲線を有理ベゼー関
数で表現する機能と、分割されたそれぞれの部分移動経
路に係る有理ベゼー曲線の曲率を有理ベゼー関数自体に
基づいて評価する機能とを有するようにしたものであ
る。

【００１４】この発明に係る数値制御装置は、曲率評価
部が所望の移動経路に相当する曲線を表現するスプライ
ン関数に基づいて当該移動経路を分割して、分割された
それぞれの部分移動経路に相当する曲線を有理ベゼー関
数で表現する機能と、分割されたそれぞれの部分移動経
路に係る有理ベゼー曲線の曲率を有理ベゼー関数につ い
ての制御点に基づいて評価する機能とを有するようにし
たものである。

【００１５】この発明に係る数値制御装置は、速度指令
生成部が与えられたスプライン曲線の各点における曲
率、スプライン曲線と補間後の線分との間の許容誤差、
および補間単位時間より各点の速度を求める機能と、得
られた各点の速度を与えられた速度指令値と比較して、
与えられた速度指令値の方が小さな区間では、スプライ
ン曲線上の速度に当該速度指令値を設定する機能とを有
するようにしたものである。この発明に係る曲線経路補
間方法は、位置指令を所望の移動経路に相当する曲線を
表現するスプライン関数の形式で入力する第１のステッ
プと、第１のステップで設定された所望の移動経路に係
るスプライン曲線の曲率を入力された少なくともスプラ
イン曲線の１次導関数、または２次導関数、あるいは１
次導関数と２次導関数に基づいて評価する第２のステッ
プと、第２のステップで評価された曲率をもとに送り速
度指令を生成する第３のステップとを有するようにした
ものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下 、この発明の実施の形態１を図について説明する。
図１は、この発明の実施の形態１による数値制御装置の
構成を示すブロック図である。図において、２１はＮＵ
ＲＢＳ形式のスプライン曲線を入力する曲線入力部であ
る。なお、そのフォーマットはＧコード、ＩＧＥＳ（イ
ニシャル・グラフィクス・エクスチェンジ・スペスィフ
ィケーション；Initial Graphics Exchange Specifcati
on）などの交換フォーマットを入力形式にすればよく、
この曲線入力部２１によって当該数値制御装置内部に保
管すべき曲線データが保存されることとなる。２２はこ
の曲線入力部２１より入力されたスプライン曲線の曲率
を評価して、その結果を内部データとして保存する曲率
評価部であり、２３は入力されたスプライン曲線の曲線
データ、曲率評価部２２で評価された曲率評価データ、
および与えられた速度指令値をもとにして、曲線の各位
置における送り速度指令を生成する速度指令生成部であ
る。２４はこの速度指令生成部２３で生成された送り速
度指令の値に対応して、各軸のパルス数を計算する加減
速制御および補間部である。

【００１７】次に動作について説明する。ここで、図２
は当該数値制御装置の動作の流れの全体を示すフローチ
ャートである。まず、ステップＳＴ５１において、ＮＵ
ＲＢＳ曲線を複数の有理ベゼー曲線に変換する。次にス
テップＳＴ５２において、それぞれの有理ベゼー曲線の
曲率の範囲を計算する。そして、最後にステップＳＴ５
３にてそれぞれの有理ベゼー曲線における送り速度を設
定する。以降それぞれのステップＳＴ５１〜ＳＴ５３に
関し、その詳細を述べる。

【００１８】ここで、ＮＵＲＢＳ曲線は一般に次の式
（１）のように表現される。

【００１９】

【数１】

【００２０】なお、この式（１）においても、ＢＳi,n
(t)はＢスプライン関数、ｄi は三次元空間中の制御点
であり、ｗi は重みである。この制御点ｄi および重み
ｗi を変えることによって、曲線形状を変えることがき
る。一方、曲線の曲率ｋは次の式（２）で表現される。

【００２１】

【数２】

【００２２】ここで、上記式（２）におけるＰ′はＮＵ
ＲＢＳ曲線を示す式（１）の１次導関数であり、Ｐ″は
同じく２次導関数である。

【００２３】今、図３に示すようなＮＵＲＢＳ曲線が与
えられたとする。図中の記号Ａ〜Ｈはそれぞれ曲線上の
位置を示している。この図３に示したＮＵＲＢＳ曲線の
曲率の変化を示したものが図４である。この図４では横
軸にパラメータを、縦軸に曲率をとって、点Ａから点Ｈ
までの各点に対応して曲率がどのように変化しているか
を示したものであり、それをもとに送り速度を設定する
ことになる。

【００２４】ここで、図５は曲率評価部２２における処
理手順の一例を示すフローチャートである。まず、ステ
ップＳＴ６１にてパラメータｔの値の初期設定を行い、
次にステップＳＴ６２において曲率ｋの計算をする。得
られた曲率ｋは与えられた指令速度Ｆs で送ることが可
能か否かがステップＳＴ６３で判定され、与えられた指
令速度では補間できない速度低減の必要なパラメータ区
間を登録してゆく。以下、ステップＳＴ６５でパラメー
タｔを所定ピッチΔｔずつインクリメントしながら、ス
テップＳＴ６６においてパラメータｔがその最大値を超
えたことが検出されるまで、ステップＳＴ６２〜ＳＴ６
６の処理が繰り返される。

【００２５】これによって、図４に示した例において
は、補間できないパラメータ区間であるＢＣ、ＤＥ、Ｆ
Ｇがそれぞれパラメータｔb からｔc 、ｔd からｔe 、
ｔf からｔg というように登録されてゆくことになる。
なお、この方法の欠点はパラメータをインクリメントす
るピッチによって曲率が評価できないことがある可能性
が生ずるという点と、パラメータの最小値から最大値ま
で多数の点で調べあげなければならず、前処理演算に時
間がかかる点にある。

【００２６】図６は曲率評価部２２における処理手段の
他の例を示したフローチャートを示したものであり、Ｎ
ＵＲＢＳ曲線を複数の有理ベゼー曲線に変換し、それぞ
れの有理ベゼー曲線において曲率の取り得る範囲を演算
する。この方法について詳しく述べる。一般に、有理ベ
ゼー曲線は次の式（３）のように表現される。

【００２７】

【数３】

【００２８】一方、曲線の曲率ｋは前述のように式
（２）で表現されるが、式（３）を代入することによ
り、この有理ベゼー曲線の曲率は次の式（４）の形に変
形できる。

【００２９】

【数４】

【００３０】この式（４）の絶対値記号で囲まれた式は
すべてベゼー式で表現することができ、次の式（５）の
ように表現できる。

【００３１】

【数５】

【００３２】ところでベゼー式で表現された式は凸閉包
性を有している。図７は凸閉包性について説明するため
の説明図である。ベゼー曲線の制御点が図７のようにＱ
0 からＱ6 によって表されているとしよう。このとき曲
線ＣＶは制御点Ｑ0 からＱ6の作る凸体Ｖ１の中に必ず
存在するという性質のことを凸閉包性という。この性質
を使用すれば、曲線ＣＶの絶対値の取りうる範囲を知る
ことが可能である。従って、この性質を利用すれば、有
理ベゼー曲線の曲率は式（５）のＡ、Ｂ、Ｃの各式がベ
ゼー式になっていることを使って曲率ｋの取りうる範囲
を知ることができる。すなわち、次の式（６）のｋmin
およびｋmax を得ることができる。

【００３３】 ｋmin ≦ｋ≦ｋmax ・・・・・・・・・（６）

【００３４】ここで、このｋmin およびｋmax は曲率ｋ
の最小値および最大値よりもそれぞれ小さめおよび大き
めに得られるが、曲線の大局的な性質を知る上では有用
な特性値であるといえる。以上のように曲率の特性値ｋ
min およびｋmax は制御点だけから得られるため、前述
の方法と比較して演算が速くなるという利点がある。

【００３５】次に、この曲率評価部２２の処理結果をも
とに、速度指令生成部２３にて速度指令を生成する。図
８は速度指令生成部２３の処理手順を示すフローチャー
トである。まず、ステップＳＴ８１でトレランスτ、ｋ
max およびサンプル時間ΔＴから最高速度Ｆmax を求め
る。図９に示すように、曲率ｋとトレランスτおよび補
間線分長Δｌとの間の関係は次の式（７）で表現でき
る。

【００３６】

【数６】

【００３７】したがって、サンプル時間をΔＴとすれば
トレランスτを保証するに必要な速度の最大値Ｆmax は
次の式（８）で得られる。

【００３８】

【数７】

【００３９】次のステップＳＴ８２では、与えられた速
度指令値Ｆs と比較し、ステップＳＴ８３およびＳＴ８
４で値の小さいものを選んで実際の送り速度Ｆを決定す
る。図１０はこのようにして得られた速度指令の一例を
示す説明図である。区間ＡＢ、区間ＣＤ、区間ＥＦおよ
び区間ＧＨでは与えられた指令速度Ｆs が取られ、区間
ＢＣと区間ＦＧでは速度Ｆ１が取られ、区間ＤＥでは速
度Ｆ２が取られる。このように、速度指令生成部２３に
おいては、パラメータ範囲として示された区間と、その
区間での走行速度を求めることになる。

【００４０】図１１は得られた速度指令をもとに、加減
速制御および補間部２４の処理について説明するための
説明図である。加減速制御および補間部２４は与えられ
た加速度を超えないように、指令速度パターンをもとに
実際にサーボ系へ送り出すパルスを生成することにな
る。この加減速制御および補間部２４への入力データ
は、曲線の区間と指令速度、前後の指令速度と許容加速
度である。その区間における速度がその前の区間の速度
より速い場合は所定加速度を超えない範囲で加速制御を
行う。また、その区間における速度がその後の区間の速
度より速い場合は所定加速度を越えない範囲で減速制御
を行う。この減速制御においては区間終了点に行き着く
ようにその点と現在地点との距離を毎回チェックしなが
ら速度の低減処理を行ってゆく。

【００４１】実施の形態２． 次に、この発明の実施の形態２を図について説明する。
図１２は、この発明の実施の形態２による数値制御装置
を示すブロック図である。図において、２１は位置指令
値がＮＵＲＢＳ曲線の形式で表現されて入力される、図
１に同一符号を付したものと同等の曲線入力部である。
また、２５はこの曲線入力部２１より入力されたＮＵＲ
ＢＳ曲線を複数の有理ベゼー曲線に変換する曲線変換部
であり、２６はこの曲線変換部２５によって変換された
各有理ベゼー曲線を補間する有理ベゼー曲線補間部であ
る。

【００４２】次に動作について説明する。ここで、図１
３はこの実施の形態２による数値制御装置の処理の流れ
を示すフローチャートである。曲線変換部２５はまず、
ステップＳＴ９１において、曲線入力部２１より入力さ
れた補間すべきＮＵＲＢＳ曲線を複数の有理ベゼー曲線
に一旦変換し、それを有理ベゼー曲線補間部２６に出力
する。それを受けた有理ベゼー曲線補間部２６は、ステ
ップＳＴ９２で有理ベゼー曲線の番号ｉを初期値１に設
定した後、ステップＳＴ９３においてそのｉ番目の有理
ベゼー曲線の補間処理を実行する。以下、ステップＳＴ
９４でｉを１ずつインクリメントしながら、ステップＳ
Ｔ９５でそのｉが曲線変換部２１より送られてきた有理
ベゼー曲線の数と等しくなったことが検出されるまで、
ステップＳＴ９３〜ＳＴ９５の処理を繰り返す。このよ
うにして、曲線変換部２５でＮＵＲＢＳ曲線より変換さ
れた複数の有理ベゼー曲線は順番に補間処理され、全て
の有理ベゼー曲線の補間処理が済むと一連の処理は終了
する。

【００４３】ここで、ＮＵＲＢＳ曲線は制御点およびノ
ットベクトルから表現され、有理ベゼー曲線は制御点の
みで表現される。そして、このＮＵＲＢＳ曲線は３次式
の場合、次のように複数の有理ベゼー曲線に変換され
る。すなわち、ＮＵＲＢＳ曲線の制御点（頂点座標値）
がｄ0 ，ｄ1 ，・・・ｄL+2 、重みがｗ0 ，ｗ1 ，・・
・ｗL+2 、ノットベクトルがｕ0 ，ｕ1 ，・・・ｕL で
与えられ、そして、Δ0〜ΔL をΔi ＝ｕi+1 −ｕi と
定義すると、前記複数の有理ベゼー曲線はｉ＝１〜Ｌ−
１で次の式（９）のように表現される。

【００４４】

【数８】

【００４５】ここで、上記式（９）におけるｂ3i，ｂ3i
-1 ，ｂ3i-2 は有理ベゼー曲線の制御点であり、また、
ｖ3i，ｖ3i-1 ，ｖ3i-2 は各有理ベゼー曲線の重みで、
次の式（１０）によって与えられる。

【００４６】

【数９】

【００４７】なお、上記式（１０）のΔは、Δ＝Δi-2
＋Δi-1 ＋Δi である。また、ｉ＝０およびｉ＝Ｌの場
合、すなわち、最初と最後は次の式（１１）および式
（１２）で示すものとなる。

【００４８】

【数１０】

【数１１】

【００４９】これら式（１１），（１２）における、ｖ
0 ，ｖ1 ，ｖ2 およびｖ3L-2，ｖ3L-1，ｖ3Lは次の式
（１３）および式（１４）で示すものとなる。

【００５０】

【数１２】

【数１３】

【００５１】このような変換は図１４に示したように、
ＮＵＲＢＳ曲線の制御点ｄ0 からｄ5 を有理ベゼー曲線
の制御点ｂ0 からｂ9 に変換するもので、ｂ0 からｂ3
、ｂ3 からｂ6 、ｂ6 からｂ9 のそれぞれの制御点の
組が、図１５に示したＣＶ１、ＣＶ２、ＣＶ３の３本の
有理ベゼー曲線になる。

【００５２】このような変換が行われた後、この実施の
形態２による数値制御装置においては、有理ベゼー曲線
を補間する機能を有した有理ベゼー曲線補間部２６を備
えているため、ＮＵＲＢＳ曲線を直接補間制御するのと
同様な効果が得られる。なお、この有理ベゼー曲線補間
部２６による補間は、実施の形態１の説明で述べた方法
によって実現することができる。このようにＮＵＲＢＳ
曲線を有理ベゼー曲線に変換して補間するものであるた
め、重たいＮＵＲＢＳ曲線の演算をする必要がなくな
り、ＮＵＲＢＳ補間の処理を高速に行うことができる数
値制御装置を実現できる。

【００５３】なお、この実施の形態２はＮＵＲＢＳ曲線
に対しても適用されることは言うまでもない。

【００５４】実施の形態３． 次に、この発明の実施の形態３を図について説明する。
図１６は、この発明の実施の形態３による数値制御装置
を示すブロック図である。図において、２７は従来から
使用されてきたＧコードによる直線指令、円弧指令、楕
円指令などが入力されてきた場合には、入力された位置
指令のデータをＮＵＲＢＳ曲線の形式に変換して曲率評
価部２２へ入力する指令変換部である。なお、他の部分
については、図１の相当部分と同一の符号を付してその
説明を省略する。

【００５５】次に動作について説明する。位置指令のデ
ータがＮＵＲＢＳ曲線の形式で入力された場合、曲線入
力部２１でそれを受け取って曲率評価部２２に入力す
る。一方、位置指令が従来から使用されてきたＧコード
による直線指令、円弧指令、楕円指令などで入力されて
きた場合には、それを指令変換部２７に入力してその位
置指令のデータをＮＵＲＢＳ曲線の形式に一旦変換して
から曲率評価部２２へ入力する。以降の処理は実施の形
態１で説明したものと同等に進行するため、その説明は
省略する。これにより、Ｇコードなどの既存のＮＣコー
ドとの互換性を保つことが可能となり、内部処理を一元
化することもできる。

【００５６】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、所望
の移動経路に係るスプライン曲線の曲率を曲線入力部に
入力された少なくともスプライン曲線の１次導関数、ま
たは２次導関数、あるいは１次導関数と２次導関数に基
づいて評価する曲率評価部と、曲率評価部で評価された
曲率をもとに送り速度指令を生成する速度指令生成部と
を備えるように構成したので、入力されたスプライン曲
線の曲率の評価結果をもとに送り速度指令が生成され、
与えられた曲線の曲がり具合によって補間速度が制御さ
れて加工後の精度を向上させることが可能となり、さら
に無理な加減速も防止できるようになって工作機械の異
常振動を低減できるという効果を奏する。また、この発
明によれば、位置指令を所望の移動経路に相当する曲線
を表現するスプライン関数の形式で入力する第１のステ
ップと、第１のステップで設定されたスプライン曲線の
曲率を入力された少なくともスプライン曲線の１次導関
数、または２次導関数、あるいは１次導関数と２次導関
数に基づいて評価する第２のステップと、第２のステッ
プで評価された曲率をもとに送り速度指令を生成する第
３のステップとを有するように構成したので、入力され
たスプライン曲線の曲率の評価結果をもとに送り速度指
令が生成され、与えられた曲線の曲がり具合によって補
間速度が制御されて加工後の精度を向上させることが可
能となり、さらに無理な加減速も防止できるようになっ
て工作機械の異常振動を低減できるという効果を奏す
る。

【００５７】この発明によれば、曲線評価部がスプライ
ン曲線を定義するパラメータを所定のピッチで変化させ
ながらスプライン曲線の曲率を評価する機能を有するよ
うに構成したので、曲率の評価が容易となって機械工作
の高速化を図れるという効果を奏する。

【００５８】この発明によれば、曲率評価部が所望の移
動経路に相当する曲線を表現するスプライン関数に基づ
いて当該移動経路を分割して、分割されたそれぞれの部
分移動経路に相当する曲線を有理ベゼー関数で表現する
機能と、分割されたそれぞれの部分移動経路に係る有理
ベゼー曲線の曲率を有理ベゼー関数自体に基づいて評価
する機能とを有するように構成したので、スプライン曲
線を複数の有理ベゼー曲線に変換してその各々について
曲率を評価できるから、曲率の評価に要する処理時間を
短縮でき、機械工作の高速化を図れるという効果を奏す
る。

【００５９】この発明によれば、曲率評価部が所望の移
動経路に相当する曲線を表現するスプライン関数に基づ
いて当該移動経路を分割して、分割されたそれぞれの部
分移動経路に相当する曲線を有理ベゼー関数で表現する
機能と、分割されたそれぞれの部分移動経路に係る有理
ベゼー曲線の曲率を有理ベゼー関数についての制御点に
基づいて評価する機能とを有するように構成したので、
曲率の評価に要する処理時間をさらに短縮することが可
能となり、機械工作の高速化を図れるという効果を奏す
る。

【００６０】この発明によれば、速度指令生成部が、与
えられたスプライン曲線の各点における曲率、スプライ
ン曲線と補間後の線分との間の許容誤差、および補間単
位時間より各点の速度を求める機能と、得られた各点の
速度を与えられた速度指令値と比較して、与えられた速
度指令値のほうが小さな区間ではスプライン曲線上の速
度に当該速度指令値を設定する機能とを有するように構
成したので、パラメータ範囲として示された各区間での
走行速度を適切に設定でき、機械工作の高精度化を図れ
るという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による数値制御装置
を示すブロック図である。

【図２】 上記実施の形態の全体動作の流れを示すフロ
ーチャートである。

【図３】 上記実施の形態におけるＮＵＲＢＳ曲線の一
例を示す説明図である。

【図４】 上記ＮＵＲＢＳ曲線の曲率の変化を示す説明
図である。

【図５】 上記実施の形態の曲率評価部の動作の一例を
示すフローチャートである。

【図６】 上記曲率評価部の動作の他の例を示すフロー
チャートである。

【図７】 上記実施の形態における有理ベゼー曲線の凸
閉包性について説明するための説明図である。

【図８】 上記実施の形態の速度指令生成部の動作の流
れを示すフローチャートである。

【図９】 曲率とトレランスおよび補間線分長の関係を
示す説明図である。

【図１０】 上記実施の形態の速度指令生成部が生成す
る速度指令の一例を示す説明図である。

【図１１】 上記実施の形態の加減速制御および補間部
における上記速度指令に基づく動作を説明するための説
明図である。

【図１２】 この発明の実施の形態２による数値制御装
置を示すブロック図である。

【図１３】 上記実施の形態の動作の流れを示すフロー
チャートである。

【図１４】 上記実施の形態におけるＮＵＲＢＳ曲線か
ら有理ベゼー曲線への変換を示す説明図である。

【図１５】 変換された上記有理ベゼー曲線を示す説明
図である。

【図１６】 この発明の実施の形態３による数値制御装
置を示すブロック図である。

【図１７】 従来の数値制御装置を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

２１ 曲線入力部、２２ 曲率評価部、２３ 速度指令
生成部、２４ 加減速制御および補間部、２５ 曲線変
換部、２６ 有理ベゼー曲線補間部、２７ 指令変換部

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05B 19/18 - 19/46

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 位置指令を所望の移動経路に相当する曲
   線を表現するスプライン曲線の形式で入力する曲線入力
   部と、所望の移動経路に係るスプライン曲線の曲率を入
   力された少なくともスプライン曲線の１次導関数、また
   は２次導関数、あるいは１次導関数と２次導関数に基づ
   いて評価する曲率評価部と、前記曲率評価部で評価され
   た曲率をもとに送り速度指令を生成する速度指令生成部
   とを備えた数値制御装置。
2. 【請求項２】 曲率評価部が、スプライン曲線の曲率
   を、スプライン曲線を定義するパラメータを所定のピッ
   チで変化させながら評価する機能を有することを特徴と
   する請求項１に記載の数値制御装置。
3. 【請求項３】 曲率評価部が、所望の移動経路に相当す
   る曲線を表現するスプライン関数に基づいて当該移動経
   路を分割して、分割されたそれぞれの部分移動経路に相
   当する曲線を有理ベゼー関数で表現する機能と、分割さ
   れたそれぞれの部分移動経路に係る有理ベゼー曲線の曲
   率を有理ベゼー関数自体に基づいて評価する機能とを有
   することを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
4. 【請求項４】 曲率評価部が、所望の移動経路に相当す
   る曲線を表現するスプライン関数に基づいて当該移動経
   路を分割して、分割されたそれぞれの部分移動経路に相
   当する曲線を有理ベゼー関数で表現する機能と、分割さ
   れたそれぞれの部分移動経路に係る有理ベゼー曲線の曲
   率を有理ベゼー関数についての制御点に基づいて評価す
   る機能とを有することを特徴とする請求項１に記載の数
   値制御装置。
5. 【請求項５】 速度指令生成部が、与えられたスプライ
   ン曲線の各点における曲率、スプライン曲線と補間後の
   線分との間の許容誤差、および補間単位時間より各点の
   速度を求める機能と、得られた各点の速度を与えられた
   速度指令値と比較して、与えられた速度指令値の方が小
   さな区間では、スプライン曲線上の速度に当該速度指令
   値を設定する機能とを有することを特徴とする請求項１
   に記載の数値制御装置。
6. 【請求項６】 位置指令を所望の移動経路に相当する曲
   線を表現するスプライン関数の形式で入力する第１のス
   テップと、該第１のステップで設定された所望の移動経
   路に係るスプライン曲線の曲率を入力された少なくとも
   スプライン曲線の１次導関数、または２次導関数、ある
   いは１次導関数と２次導関数に基づいて評価する第２の
   ステップと、該第２のステップで評価された曲率をもと
   に送り速度指令を生成する第３のステップとを有するこ
   とを特徴とする曲線経路補間方法。