JP3466111B2

JP3466111B2 - 数値制御装置

Info

Publication number: JP3466111B2
Application number: JP16360399A
Authority: JP
Inventors: 俊明大槻; 清次石井
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 1999-06-10
Filing date: 1999-06-10
Publication date: 2003-11-10
Anticipated expiration: 2019-06-10
Also published as: JP2000353006A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金型など滑らかな
表面を持つ加工物を加工する工作機械に用いられる数値
制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】金型等の曲面加工においては、多くの点
列によって加工経路としての１パスを指令し、少しずつ
ピックフィードして複数のパスを指令することによっ
て、曲面加工のプログラムを形成している。このような
加工プログラムに基づいて、数値制御装置は指令された
点間の微小な線分を滑らかな曲線、―例えば、ＮＵＲＢ
Ｓ曲線、スプライン曲線、ベジェ曲線など、―でつない
でこの曲線に基づいて補間している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術にお
いては、数値制御装置が指令された加工形状指令点列の
パスに沿って、点列の点を通る曲線を求めこの曲線に基
づいて補間し加工することから、１パス内ではほぼ滑ら
かに曲線の加工が行われる。しかし、隣り合ったパス間
の関係は単にピックフィードされるだけで、各パス間に
関しては曲面を滑らかに加工するための考慮はされてな
い。そのため、曲面によっては、隣り合ったパス間で段
差が発生し、加工面が滑らかにならない場合があった。

【０００４】特に、各パスの進行方向（加工方向）が１
方向ではなく、往復でパスが指令されている場合や、パ
スが変曲点を持っている場合などは、隣り合ったパス間
で段差が大きくなる傾向がある。すなわち、加工曲面が
加工時のピックフィード方向に段差が生じるという問題
が発生していた。そこで、本発明の課題は、パス間の段
差発生を抑制することができる数値制御装置を提供する
ことにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、ピックフィー
ドと加工形状指令点列が交互に複数個指令されているプ
ログラムを読み込み、前記加工形状指令点列をつなぐ滑
らかな曲線を求め該曲線に基づいて補間する数値制御装
置に関するものであり、滑らかな曲線を求めようとする
加工形状指令点列と該加工形状指令点列に対してピック
フィードをはさんで前および後の加工形状指令点列を読
み込む手段と、前記滑らかな曲線を求めようとする加工
形状指令点列とその前および後の加工形状指令点列との
関係に基づいて、前記滑らかな曲線を求めようとする加
工形状指令点列の点列間に補助点を加入する手段と、該
補助点が加入された加工形状指令点列を滑らかな曲線で
補正する手段とを備えることによって、ピックフィード
方向に段差を発生させることなく、滑らかな曲面が得ら
れるようにする。

【０００６】特に、前記補助点を加入する手段は、前記
加工形状指令点列の任意の隣り合った２点に対応する前
記加工形状指令点列に対してピックフィードをはさんで
前の加工形状指令点列上の２点、および、前記加工形状
指令点列の隣り合った２点に対応する前記加工形状指令
点列に対してピックフィードをはさんで後の加工形状指
令点列上の２点を選択する手段と、それぞれの２点を滑
らかに結ぶ関数を求める手段と、求めた関数により前記
加工形状指令点列上の補助点を求める手段とを備え、当
該パスの前後のパスの曲線を加味した補助点を加工形状
指令点列に追加する。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施形態の原
理説明図である。３次元座標位置を示す点の加工形状指
令点列によって加工を行う１パスが指令され、それに引
き続き所定量ピックフィードした後、次のパスが指令さ
れ、順次これが繰り返されて。３次元曲面を加工する加
工プログラムが形成されている。この加工プログラムで
指令された加工形状指令点列で構成される任意のｉ番目
のパスをＰ_i、このパスＰ_iより１つ前のパス（ｉ番目の
パスへピックフィードする直前のパス）をＰ_i-1、ｉ番
目のパスＰ_iの次のパス（ｉ番目のパスからピックフィ
ードした直後のパス）をＰ_i+1とする。図１の例では、
往復でパスが指令されている例を記載しており、第（ｉ
−１）パスＰ_i-1は図１において左から右に移動し、第
ｉパスＰ_iは右から左に、第（ｉ＋１）パスＰ_i+1は左か
ら右に移動するものとしている。第ｉパスＰ_iを構成す
る加工形状指令点列の任意の２点をＰ_i,j、Ｐ_i,j+1とす
る。

【０００８】この２点を結ぶ線分Ｐ_i,jＰ_i,j+1に対し
て、パスＰ_iの前後のパスＰ_i-1、Ｐ_i+ ₁の点列間を結ぶ
各線分中、一番近い線分をそれぞれ求める。すなわち、
パスＰ_iにおける点列中のある２点間を結ぶ線分Ｐ_i,j、
Ｐ_i,j+1と、前後のパスＰ_i-1、Ｐ_i+1中の２点間を結ぶ
線分の内一番近い線分は、隣り合わせになることから、
これらの線分領域の加工において、段差が生じないよう
にパスＰ_iの点Ｐ_i,jと点Ｐ_i,j+1を通り、かつこの点間
の滑らかな曲線を隣り合うパスの対応する線分における
曲線をも考慮した滑らかな曲線とすれば、ピックフィー
ド方向にも段差が生じなく滑らかな曲面の加工が可能と
なる。

【０００９】線分Ｐ_i,jＰ_i,j+1に一番近い線分を求める
方法として、本実施形態では、線分Ｐ_i,jＰ_i,j+1の中点
Ｐｃより、前後のパスＰ_i-1、Ｐ_i+1の各線分に対して垂
線が下ろせるか判断し、下ろせる線分がなければこの補
正処理は行わず、下ろせる線分がある場合には、この下
ろした垂線の長さが一番小さい線分を一番近い線分とし
て選択する。図１の例では、パスＰ_i-1では、点Ｐ_i-1,a
と点Ｐ _i-1,a+1を結ぶ線分、パスＰ_i+1では、点Ｐ_i+1,b
と点Ｐ_i+1,b+1を結ぶ線分が、線分Ｐ_i,jＰ_i,j+1に一番
近い線分として検出されたとしている。なお、中点Ｐｃ
から線分Ｐ_i-1,aＰ_i-1,a+1に下ろした足をＱｃ（座標位
置）、中点Ｐｃから線分Ｐ_i+1,bＰ_i+1,b+1に下ろした足
をＲｃ（座標位置）とする。

【００１０】そして、後述するように、ピックフィード
方向にも滑らかな曲面を得るために、パスＰｉの点列を
修正するために始点と終点を決める。ベクトル（Ｐ
_i-1,aＰ_i _-1,a+1）がベクトル（Ｐ_i,jＰ_i,j+1）と同方向
であれば、つまり、ベクトル（Ｐ _i-1,aＰ_i-1,a+1）とベ
クトル（Ｐ_i,jＰ_i,j+1）の内積が正であれば、点Ｐ
_i-1,aを始点Ｑｓ、点Ｐ_i-1,a+1を終点Ｑｅとする。逆に
ベクトル（Ｐ_i-1,aＰ_i-1,a+1）がベクトル（Ｐ_i,jＰ
_i,j+1）と逆方向で、ベクトル（Ｐ_i-1,aＰ_i-1,a+1）と
ベクトル（Ｐ_i,jＰ_i,j+1）の内積が正でなければ、点Ｐ
_i-1,aを終点Ｑｅ、点Ｐ_i-1 _,a+1を始点Ｑｓとする。

【００１１】同様に、ベクトル（Ｐ_i+1,bＰ_i+1,b+1）が
ベクトル（Ｐ_i,jＰ_i,j+1）と同方向で、ベクトル（Ｐ
_i+1,bＰ_i+1,b+1）とベクトル（Ｐ_i,jＰ_i,j+1）の内積が
正であれば、点Ｐ_i+1,bを始点Ｒｓ、点Ｐ_i+1,b+1を終点
Ｒｅとする。逆にベクトル（Ｐ _i+1,bＰ_i+1,b+1）がベク
トル（Ｐ_i,jＰ_i,j+1）と逆方向で、ベクトル（Ｐ_i+1,b
Ｐ_i+1,b+1）とベクトル（Ｐ_i,jＰ_i,j+1）の内積が正で
なければ、点Ｐ_i+1,bを終点Ｒｅ、点Ｐ_i+1,b+1を始点Ｒ
ｓとする。

【００１２】図１の例では、往復パスの例を示している
から、各パスにおける進行方向が交互に変わり、ベクト
ル（Ｐ_i-1,aＰ_i-1,a+1）、ベクトル（Ｐ
_i+1,bＰ_i+1,b+1）とベクトル（Ｐ_i,jＰ_i,j+1）はそれぞ
れ逆方向で内積は正ではない。そのため、各パス
Ｐ_i-1、Ｐ_i+1の始点側の点Ｐ_i-1,a、点Ｐ_i+1,bが終点Ｑ
ｅ、Ｒｅ、終点側の点Ｐ_i-1,a+1、点Ｐ_i+1,b+1が始点Ｑ
ｓ、Ｒｓとなっている。

【００１３】次に、滑らかな曲線を得るために、点Ｐ
_i,j、点Ｐ_i,j+1、点Ｑｓ、点Ｑｅ、Ｒｓ、Ｒｅの接線ベ
クトルＰ_i,j’、Ｐ_i,j+1’、Ｑｓ’、Ｑｅ’、Ｒｓ’、
Ｒｅ’を求め、点Ｑｓ、点Ｑｅと接線ベクトルＱｓ’、
Ｑｅ’より、点Ｑｓ、点Ｑｅを通り、ｇ（０）＝Ｑｓ、
ｇ（１）＝Ｑｅとなる滑らかな曲線（ベジェ曲線、ＮＵ
ＲＢＳ曲線、スプライン曲線）ｇ（ｔ）を生成する。例
えば、スプライン曲線の場合には、ｇ（ｔ）＝Ａｇｔ³＋Ｂｇｔ²＋Ｃｇｔ＋Ｄｇと表され、このスプライン曲線式ｇ（ｔ）とこの式を微
分した式と、点Ｑｓ、点Ｑｅおよび接線ベクトルＱ
ｓ’、Ｑｅ’により、スプライン曲線式ｇ（ｔ）の係数
Ａｇ、Ｂｇ、Ｃｇ、Ｄｇが求まり、スプライン曲線式ｇ
（ｔ）を生成する。

【００１４】同様に、点Ｒｓ、点Ｒｅと接線ベクトルＲ
ｓ’、Ｒｅ’より、点Ｒｓ、点Ｒｅを通り、ｈ（０）＝
Ｒｓ、ｈ（１）＝Ｒｅとなる滑らかな曲線（ベジェ曲
線、ＮＵＲＢＳ曲線、スプライン曲線）ｈ（ｔ）を生成
することができる。

【００１５】さらに、点Ｐ_i,j、点Ｐ_i,j+1、と接線ベク
トルＰ_i,j’、Ｐ_i,j+1’により、点Ｐ_i,j、点Ｐ_i,j+1を
通り、ｆ（０）＝Ｐ_i,j、ｆ（１）＝Ｐ_i,j+1となる滑ら
かな曲線（ベジェ曲線、ＮＵＲＢＳ曲線、スプライン曲
線）ｆ（ｔ）を生成する。

【００１６】なお、接線ベクトルは、接線ベクトルを求
めようとする点の前後の点の３点を通る円弧を求め、接
線ベクトルを求めようとする点におけるこの円弧の接線
ベクトルを当該接線ベクトルとする。例えば、パスＰ_i
における点Ｐ_i,jでの接線ベクトルＰ_i,j’は、前後の点
Ｐ_i,j-1、Ｐ_i,j+1とこの点Ｐ_i,jの３点を通る円弧を求
め、この円弧における点Ｐ_i,jでの接線ベクトルを、こ
の点Ｐ_i,jの接線ベクトルとする。なお、パスの始点、
終点では、前、又は後の点がないことから、始点の接線
ベクトルは、該始点と始点に続く次の２点の３点を通る
円弧、終点の接線ベクトルは、該終点と終点の前の２点
の３点を通る円弧に基づいて求める。例えばパスＰ_iの
始点Ｐ_i,1での接線ベクトルＰ_i,1’は始点Ｐ_i,1と次の
点Ｐ_i,2、さらに次の点Ｐ_i,3を通る円弧を求めこの円弧
より始点Ｐ_i,1の接線ベクトルＰ_i,1’を求める。又、終
点Ｐ_i,niでの接線ベクトルＰ_i,ni’は終点前の２点Ｐ
_i,ni-2、Ｐ_i,ni-1および終点Ｐ_i,niを通る円弧より求め
る。

【００１７】こうして得られた、隣接するパスＰ_i-1、
Ｐ_i、Ｐ_i+1における連続する点間を結ぶ線分で、一番近
い線分の両端の点間を滑らかにつなぐ滑らか曲線ｇ
（ｔ）、ｈ（ｔ）、ｆ（ｔ）に基づいて、パスＰ_iの滑
らか曲線ｆ（ｔ）に対して、前後のパスＰ_i-1、Ｐ_i+1の
滑らか曲線ｇ（ｔ）、ｈ（ｔ）の影響を与えて、パスＰ
_i- ₁、Ｐ_i、Ｐ_i+1の滑らか曲線が、ピックフィード方向
にも滑らかに連続するように加工点列を修正する。この
実施形態では、点Ｐ_i,jと点Ｐ_i,j+1の間に曲線ｇ
（ｔ）、ｈ（ｔ）、ｆ（ｔ）に基づいて補助点Ｐ_jHを求
め、この補助点をもパスＰ _iの指令点として滑らか曲線
を求めるようにしている。

【００１８】この実施形態では、始点から終点までの距
離に対する始点から足の位置までの距離の比率に基づく
パラメータｔｑ、ｔｒを次の１式２式によって求める。ｔｑ＝｜ＱｓＱｃ｜／｜ＱｓＱｅ｜・・・（１）ｔｒ＝｜ＲｓＲｃ｜／｜ＲｓＲｅ｜・・・（２）次に、次の３式の演算を行って、内挿する補助点Ｐ_jHを
求める。Ｐ_jH＝（K1＊ｆ(1/2)＋K2＊ｇ(ｔｑ)＋K3＊ｈ(ｔｒ))／（K1＋K2＋K3）・・・（３）上記３式でＫ１，Ｋ２，Ｋ３は各点の重み付けのための
係数であり、この値はＫ１＝２、Ｋ２＝Ｋ３＝１等が考
えられる。

【００１９】すなわち、本実施形態においては、当該パ
スＰ_iの隣り合う点Ｐ_i,j、点Ｐ_i,j+ ₁を結ぶ線分に一番
近い距離にある、前後のパスＰ_i-1、Ｐ_i+1の隣り合う点
を結ぶ線分を検出することによって、当該パスＰ_iの隣
り合う点Ｐ_i,j、点Ｐ_i,j+1を通る曲線に近い前後のパス
の曲線部を検出し、隣り合う点Ｐ_i,j、点Ｐ_i,j+1を通る
滑らかな曲線ｆ（ｔ）の中間点位置ｆ（１／２）と、前
後のパスにおける検出した一番近い線分の両端の点を通
る滑らか曲線ｇ（ｔ）、ｈ（ｔ）における垂線の足の位
置に対応する該曲線上の位置ｇ（ｔｑ）、ｈ（ｔｒ）と
により、それぞれの位置に対して重みを付けて、
Ｐ_i,j、と点Ｐ_i,j+1間に補助点Ｐ_jHを挿入するものであ
る。そして、この挿入した補助点をも指令点列とみなし
パスＰ_iの滑らか曲線を求めることによって、当該パス
Ｐ_iの前後のパスＰ_i-1、Ｐ_i+1の曲線を考慮してパス間
も滑らかに連続するようにしたものである。

【００２０】なお、この補助点Ｐ_jHを求める式として第
３式の一次式を用いたが必要によっては二次式、三次式
を用いてもよい。こうして得られた補助点Ｐ_jHをも第ｉ
パスＰ_iの指令点とみなし第ｉパスＰ_iの滑らか曲線（ベ
ジェ曲線、ＮＵＲＢＳ曲線、スプライン曲線）ｆ（ｔ）
を生成する。

【００２１】以上が、本実施形態におけるピックフィー
ド方向にも滑らかな曲面を得るための動作原理である。
図２は、上述したピックフィード方向にも滑らかな曲面
を得るための動作原理に基づいて、加工プログラムの点
列を修正し加工を制御する数値制御装置の要部ブロック
図である。プロセッサ１１は数値制御装置１０を全体的
に制御するプロセッサであり、バス２１を介してＲＯＭ
１２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、数値制御装置１０を全体
的に制御する。ＲＡＭ１３には一時的な計算データ、表
示データ等が格納される。ＣＭＯＳメモリ１４は図示し
ないバッテリでバックアップされ、数値制御装置１０の
電源がオフにされても記憶状態が保持される不揮発性メ
モリとして構成され、加工プログラム等を記憶する。

【００２２】インターフェイス１５は外部機器用のイン
ターフェイスであり、紙テープリーダ，紙テープパンチ
ャー、フロッピーディスクドライバ等の外部機器８２が
接続される。外部機器８２のメモリ手段からは加工プロ
グラムが読み込まれＣＭＯＳメモリ１４に記憶される。
また、数値制御装置１０内で編集されＣＭＯＳメモリ１
４に記憶されたＮＣプログラムを外部メモリに出力する
こともできる。

【００２３】ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コント
ローラ）１６は数値制御装置１０に内蔵されたシーケン
スプログラムで工作機械を制御する。即ち、加工プログ
ラムで指令された機能に従って、これらシーケンスプロ
グラムで工作機械側で必要な信号に変換し、Ｉ／Ｏユニ
ット１７から工作機械側に出力する。この出力信号によ
り工作機械側の各種アクチュエータが作動する。また、
工作機械側のリミットスイッチおよび機械操作盤の各種
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。各軸の現在位置、アラーム、パラメー
タ、画像データ等の画像信号は表示器／ＭＤＩユニット
８０の表示装置に送られ、表示装置に表示される。イン
ターフェイス１８は表示器／ＭＤＩユニット８０内のキ
ーボードからのデータを受けてプロセッサ１１に渡す。
インターフェイス１９は操作盤８１に接続され、操作盤
からの指令をプロセッサ１１に渡す。

【００２４】軸制御回路３０，３１，３２はプロセッサ
１１からのＸ，Ｙ，Ｚの各軸の移動指令を受けて、各軸
の指令をサーボアンプ４０，４１，４２に出力する。サ
ーボアンプ４０，４１，４２はこの指令を受けて各軸の
サーボモータ５０，５１，５２を駆動する。各軸のサー
ボモータ５０，５１，５２には位置速度検出器としての
パルスコーダ６０，６１，６２が取り付けられており、
このパルスコーダからのフィードバック信号が軸制御回
路３０，３１，３２にフィードバックされる。軸制御回
路３０，３１，３２に内蔵されたサーボ制御ＣＰＵの各
々はこれらのフィードバック信号と前述の移動指令とに
基いて位置ループ、速度ループの各処理を行い、最終的
な駆動制御のためのトルク指令を各軸毎に求めて各軸の
サーボモータ５０，５１，５２の位置、速度を制御す
る。

【００２５】スピンドル制御回路７０はスピンドル回転
指令およびスピンドルのオリエンテーション等の指令を
受けて、スピンドルアンプ７１にスピンドル速度信号を
出力する。スピンドルアンプ７１はこのスピンドル速度
信号を受けて、スピンドルモータ７２を指令された回転
速度で回転させる。また、オリエンテーション指令によ
って、所定の位置にスピンドルモータ７２の回転位置を
位置決めする。又該スピンドルモータ７２の回転速度は
速度検出器としてのポジションコーダ７３で検出され、
インターフェイス２０を介してフィードバックされる。

【００２６】上述した数値制御装置の構成は従来の数値
制御装置の構成と同一である。ＲＯＭ１２に格納されて
いる本発明のピックフィード方向にも滑らかな曲面を得
るための処理プログラムが格納されている点で相違す
る。本発明の機能を実行するために本発明の機能モード
を選択するＧコードと補助コードが設けられており、
「Ｇ０５．１Ｑ５」によって本発明の機能モードの開始
を指定し、「Ｇ０５．１Ｑ０」でこの機能モードの終了
を指令するようにしている。本機能を実行するプログラ
ムの一例を示すと次のようになる。Ｇ０５．１Ｑ５；本機能モードの開始Ｘ1.234Ｙ2.345Ｚ3.456：第１パス開始Ｘ1.345Ｙ2.346Ｚ3.567；・・・・・・・Ｘ120.234Ｙ2.348Ｚ3.678；Ｙ3.348；第１パス終了。ピックフィード指令Ｘ120.234Ｙ3.348Ｚ3.655；第２パス開始Ｘ120.113Ｙ3.348Ｚ3.588；・・・・・・・Ｘ1.234Ｙ3.348Ｚ3.455；Ｙ4.348；第２パス終了、ピックフィード指令・・・・・・・Ｇ０５．１Ｑ０；本機能モードの終了上述したプログラム例において、従来と相違する点は、
このプログラムの先頭と最後に本発明の機能モードの開
始と終了を示すコード「Ｇ０５．１Ｑ５」、「Ｇ０５．
１Ｑ０」がプログラムされている点のみである。又、数
値制御装置は何番目のパスかを従来と同様に自動判別す
る。この自動判別方法としては、例えば、ほぼ接する方
向に点列が並んでいるかどうかを判別する角度を設定し
ておき、指令点列間がその角度を越える角度をもってい
る場合はピックフィードとみなし、指令点列間の角度が
この設定角度以下の場合にはパスが継続しているものと
みなす処理を行って自動判別する。又、自動判別ではな
く、第何パスか、ピックフィードかということをプログ
ラム上で指令する従来の方法も採用できる。

【００２７】そこで、この実施形態では下記に示すよう
に、パスが第１から第ｍまで、指令され、各パスにおい
てはそれぞれ点が、１〜ｎｉ（ｉ＝１〜ｍ）まで指令さ
れているものとして以下説明する。第１パス：Ｐ_1,1、Ｐ_1,2、・・・・・Ｐ_1,n1 第２パス：Ｐ_2,1、Ｐ_2,2、・・・・・Ｐ_2,n2 ・・・・・・・第ｍパス：Ｐ_m,1、Ｐ_m,2、・・・・・Ｐ_m,nm この加工プログラムは、図３に示すように、往復方向に
加工形状指令点列によるパスが指令されているものとす
る。そして、このような各パスを点列で指令したプログ
ラムを外部メモリ８２等からインタフェース１５を介し
て入力しＣＭＯＳメモリ１４に格納した後、このプログ
ラムを実行する。プロセッサ１１はプログラムから「Ｇ
０５．１Ｑ５」のコードが読み込まれると、図４〜図６
に示す処理を実行する。

【００２８】まず、第１パスの加工形状指令点列
Ｐ_1,1、Ｐ_1,2、Ｐ_1,3・・・Ｐ_1,n1 を読み出し従来と同
じ方法によって滑らかな曲線（ベジェ曲線、ＮＵＲＢＳ
曲線、スプライン曲線）を生成し記憶する（ステップＳ
１）。次に指標ｉを「２」に、指標ｊを「１」にそれぞ
れセットし（ステップＳ２、Ｓ３）、第ｉパスの第ｊ番
目と（ｊ＋１）番目の点Ｐ_i,j、Ｐ_i,j+1 を読み出し、そ
の接線ベクトルＰ_i,j’、Ｐ_i,j+1’を求める（ステップ
Ｓ４）。前述したように、接線ベクトルを求めようとす
る当該点が点列の中間部であれば、図３に示すようにこ
の当該点Ｐ_i,jの前後の点Ｐ_i,j-1、Ｐ_i,j+1を加えた３
点を通る円弧を求め、この円弧の当該点の接線ベクトル
を求めることによって求める。又接線ベクトルを求めよ
うとする点がパスの始点若しくは終点であると、当該点
に続く３点（図３においてＰ_i,1、Ｐ_i,2、Ｐ_i,3の３
点、又はＰ_i,ni-2、Ｐ_i,ni-1、Ｐ_i,ni）を通る円弧を求
めこの円弧の当該点の接線ベクトルを求めることによっ
て、この接線ベクトルを求める。

【００２９】ｉ＝２、ｊ＝１の場合には、点Ｐ_i,j＝Ｐ
_2,1、Ｐ_i,j+1＝Ｐ_2,2の接線ベクトルＰ_i,j’＝
Ｐ_2,1’、Ｐ_i,j+1’＝Ｐ_2,2’は、点Ｐ_2,1、点Ｐ_2,2、
点Ｐ_2,3、の３点を通る円弧より求めることになる。次
に点Ｐ_i,j（＝Ｐ_2,1）と点Ｐ_i,j+1（＝Ｐ_2,2）の中点Ｐ
ｃを求め（ステップＳ５）、該中点Ｐｃから当該パスで
ある第ｉパスよりも１つ前の第（ｉ−１）パスの点を読
み出し、隣り合う点（ｉ＝２のときは第１パスの
Ｐ_1,1、Ｐ_1,2、Ｐ_1,3・・・Ｐ_1,n1）間を結ぶ線分Ｐ
_i-1,kＰ_i-1,k+1（ｋは１からｎ_i-1−１まで変化する）
に垂線を下ろしたときその垂線の足Ｑｃがその線分上に
あるか判断し（ステップＳ６）、１つもなければ、ステ
ップＳ１７に移行し、補助点の挿入処理は行わない。
又、１つでもあるとステップＳ７に移行し、その線分の
内、垂線の長さ｜ＰｃＱｃ｜が一番小さい線分Ｐ_i-1,k
Ｐ_i-1,k+1（ｋ＝１〜ｎ_i-1−１）を選択する。この選択
線分を図１に示すように線分Ｐ_i-1,aＰ_i-1,a+1とする。

【００３０】そして、ベクトル（Ｐ_i-1,a、Ｐ_i-1,a+1）
とベクトル（Ｐ_i,j、Ｐ_i,j+1）の内積を求め、その内積
が正で同方向であれば、線分の始点Ｑｓを点Ｐ_i-1,a、
終点Ｑｅを点Ｐ_i-1,a+1とする。逆に内積が正ではな
く、方向が逆方向であれば、線分の始点Ｑｓを点Ｐ
_i-1,a+1、終点Ｑｅを点Ｐ_i-1,aとする（ステップＳ
８）。図１，図３に示す例では往復パスのプログラム例
であるから、方向が逆で上記内積は正とはならないか
ら、点Ｐ_i-1,a+1が始点Ｑｓ、点Ｐ_i-1,aが終点Ｑｅとな
る。

【００３１】同様に、中点Ｐｃから当該第ｉパスよりも
１つ後の第（ｉ＋１）パスの点を読み出し、隣り合う点
（ｉ＝２のときは第３パスのＰ_3,1、Ｐ_3,2、Ｐ_3,3・・
・Ｐ_3,n3）間を結ぶ線分Ｐ_i+1,kＰ_i+1,k+1（ｋは１から
ｎ_i+1−１まで変化する）に垂線を下ろしたときその垂
線の足Ｒｃがその線分上にあるか判断し（ステップＳ
９）、１つもなければ、ステップＳ１７に移行し、補助
点の挿入処理は行わない。又、１つでもあるとステップ
Ｓ１０に移行し、その線分の内、垂線の長さ｜ＰｃＲｃ
｜が一番小さい線分Ｐ_i+1,kＰ_i+1,k+1（ｋ＝１〜ｎ_i+1
−１）を選択する。この選択線分を図１に示すように線
分Ｐ_i+1,bＰ_i+1,b+1とする。なお、上述したように、本
実施形態においては、プロセッサのステップＳ１，Ｓ
４，Ｓ６，Ｓ９によって、加工形状指令点列を読み込む
手段を構成する。

【００３２】そして、ベクトル（Ｐ_i+1,b、Ｐ_i+1,b+1）
とベクトル（Ｐ_i,j、Ｐ_i,j+1）の内積を求め、その内積
が正で同方向であれば、線分の始点Ｒｓを点Ｐ_i+1,b、
終点Ｒｅを点Ｐ_i+1,b+1とする。逆に内積が正ではな
く、方向が逆方向であれば、線分の始点Ｒｓを点Ｐ
_i+1,b+1、終点Ｒｅを点Ｐ_i+1,bとする（ステップＳ１
１）。図１、図３に示す例では往復パスのプログラム例
であるから、方向が逆で上記内積は正とはならないか
ら、点Ｐ_i+1,b+1が始点Ｒｓ、点Ｐ_i+1,bが終点Ｒｅとな
る。

【００３３】次にステップＳ８、ステップＳ１１で求め
た中点Ｐｃから下ろした垂線の足Ｑｃ、Ｒｃを有する線
分の始点Ｑｓ，Ｒｓ、終点Ｑｅ，Ｒｅにおける接線ベク
トルを前述した方法によって、接線ベクトルＱｓ’、Ｒ
ｓ’、終点Ｑｅ’、Ｒｅ’を求める（ステップＳ１
２）。そして、前述したように、点Ｑｓ、Ｑｅ、接線ベ
クトルＱｓ’、Ｑｅ’に基づいて点Ｑｓ、Ｑｅを通り、
ｇ（０）＝Ｑｓ、ｇ（１）＝Ｑｅとなる滑らかな曲線
（ベジェ曲線、ＮＵＲＢＳ曲線、スプライン曲線）ｇ
（ｔ）を生成する（ステップＳ１３）。同様に、、点Ｒ
ｓ、Ｒｅ、接線ベクトルＲｓ’、Ｒｅ’に基づいて点Ｒ
ｓ、Ｒｅを通り、ｈ（０）＝Ｒｓ、ｈ（１）＝Ｒｅとな
る滑らかな曲線（ベジェ曲線、ＮＵＲＢＳ曲線、スプラ
イン曲線）ｈ（ｔ）を生成する（ステップＳ１４）。

【００３４】さらに、点Ｐ_i,j、点Ｐ_i,j+1、およびその
各点の接線ベクトルＰ_i,j’、Ｐ_i,j ₊₁’から、点
Ｐ_i,j、点Ｐ_i,j+1を通り、ｆ（０）＝Ｐ_i,j、ｆ（１）
＝Ｐ_i,j+1となる滑らかな曲線（ベジェ曲線、ＮＵＲＢ
Ｓ曲線、スプライン曲線）ｆ（ｔ）を生成する（ステッ
プＳ１５）。そして、得られた当該パスの第ｉパスにお
ける２点間の滑らかな曲線ｆ（ｔ）とこの第ｉパスの前
後の第（ｉ−１）パス、第（ｉ＋１）パスにおける２点
間の滑らかな曲線ｇ（ｔ）、ｈ（ｔ）に基づいてピック
フィード方向に曲面を滑らかに連続化させる連続化処理
を実行する。すなわちこの実施形態においては、前述し
たように、第１式、第２式によってパラメータｔｑ、ｔ
ｒを求め、第３式の演算をすることによって、当該ｉパ
スの前後のパスの滑らか曲線を加味し、この前後の滑ら
か曲線がピックフィード方向にも滑らかに連続するよう
な当該パスの曲線を得るために当該ｉパスの２点間に補
助点Ｐ_jHを求める（ステップＳ１６）。

【００３５】次に、指標ｊを「１」インクリメントし
（ステップＳ１７）、該指標ｊが当該ｉパスの点列の点
数ｎｉ以上か判断し（ステップＳ１８）、この数ｎｉに
達していなければ、ステップＳ４に戻り、前述した処理
を繰り返し、隣り合う点間を結ぶ線分の中点Ｐｃから前
後のパスの隣り合う点間を結ぶ線分に垂線が下ろせる場
合には、この当該パスの当該点間に補助点Ｐ_jHを挿入す
る。かくして、指標ｊの値が点列の点数ｎｉに達し、当
該ｉパスに対する補助点の挿入処理が終了すると、ステ
ップＳ１８からステップＳ１９に移行し、挿入した各補
助点Ｐ_kH（ｋは１〜ｎｉ−１まで変わる）も指令点とみ
なし、プログラムで指令された点列にこの補助点Ｐ_kHを
加えた点列に基づいて従来と同じ方法で滑らかな曲線
（ベジェ曲線、ＮＵＲＢＳ曲線、スプライン曲線）を生
成する。

【００３６】次に、指標ｉを「１」インクリメントして
該指標ｉがプログラムで設定されているパス数ｍ以上か
判断し（ステップＳ２０、Ｓ２１）、ｍ以上でなければ
ステップＳ３に戻り、ステップＳ３以下の前述した処理
を実行し、各パスに対して、上述した補助点を挿入処理
を行い、この補助点をもプログラムで指令された点列に
加えて、当該パスの前後のパスとピックフィード方向に
も滑らかに連続するように滑らかな曲線を求める。そし
て、指標ｉの値がプログラムで指令されたパス数ｍに達
すると、最後のパスである第ｍパスとして指令された点
列に基づいて従来と同様の方法で滑らか曲線を生成す
る。以上の通り、本実施形態では、プロセッサのステッ
プＳ４〜Ｓ１６の処理によって、加工形状指令点列間に
補正点を加入する手段を構成し、ステップ１９の処理に
よって加工形状指令点列を滑らかな曲線で補正する手段
を構成する。また、ステップＳ６，Ｓ７，Ｓ９，Ｓ１０
プロセッサの処理によって、加工形状指令点列上の２点
を選択する手段を構成し、ステップＳ８，Ｓ１１〜Ｓ１
５のプロセッサの処理によって２点を滑らかに結ぶ関数
を求める手段を構成する。さらに、ステップＳ１６の処
理がこの関数により加工形状指令点列上の補助点を求め
る手段を構成する。

【００３７】こうして得られた滑らか曲線に基づいて、
プロセッサ１１は補間処理を行い、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸へ
移動指令の分配を行い、各軸の軸制御回路３０，３１，
３２は位置、速度さらには電流のフィードバック制御を
行って、サーボアンプ４０，４１，４２を介して各軸サ
ーボモータ５０，５１，５２を駆動制御する。なお、上
述した実施形態では、当該パスの点列の２点間の加工領
域に一番近い前後のパス上の点列における２点間の領域
を求め、この前後のパス上の求めた２点を通るそれぞれ
の滑らかな曲線と、当該パスの前記２点を通る滑らかな
曲線により、この２点間の中間点近傍に補助点Ｐ_jHを求
めるようにした。この補助点を１点ではなく２点、３点
と複数求めるようにしてもよい。

【００３８】例えば、２点求めるようにする場合には、
２点を結ぶ線分Ｐ_i,jＰ_i,j+1の中間点Ｐｃの代わりに、
線分Ｐ_i,jＰ_i,j+1の１／３の点、２／３点より当該パス
の前後のパスの点間を結ぶ線分に垂線が下ろせる線分を
求め、この線分の両端点を通り滑らかな曲線を前述同様
に求めて、垂線を下ろした足の位置によってこの足に相
当する各滑らか曲線の位置、かつ当該パスの当該点を通
る滑らかに曲線の１／３，２／３に対応する位置にそれ
ぞれ重みをつれて、当該パスの当該点Ｐ_i,j、Ｐ_i,j+1間
に２つの補助点を挿入しこの２つの補助点を加えた点列
により当該パスの滑らか曲線を求めるようにしてもよ
い。なお、線分Ｐ_i,jＰ_i,j+1の１／３の点、２／３点よ
り当該パスの前後のパスの点間を結ぶ線分に垂線が下ろ
せる線分がないような場合には、上述した実施形態のよ
うに中間点より垂線を下ろして中間点を挿入するように
併合して処理を行ってもよい。

【００３９】さらに、上述した実施形態では、各パスの
滑らか曲線を全て求め、その後に求めた滑らか曲線に基
づいて補間処理を実行するようにしたが、補間処理時に
各パスを求める毎に補間処理を実行するようにしてもよ
い。すなわちステップＳ１，Ｓ１９，Ｓ２２で滑らか曲
線求めた後に直ちに補間処理を行うようにしてもよいも
のである。

【００４０】

【発明の効果】本発明は、パスが往復で指令されていて
も、又パスに変曲点があっても、ピックフィード方向に
も滑らかに連続する曲面を加工することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態における動作原理の説明図
である。

【図２】同一実施形態の数値制御装置の要部ブロック図
である。

【図３】加工プログラムで指令された加工形状指令点列
の一例である。

【図４】本発明の一実施形態における本発明の機能の処
理フローチャートである。

【図５】同フローチャートの続きである。

【図６】同フローチャートの続きである。

【符号の説明】

Ｐ_i-1、Ｐ_i、Ｐ_i+1 パスＰ_i _、 _j 点Ｑｓ、Ｒｓ始点Ｑｅ、Ｒｅ終点Ｐｃ中間点Ｑｃ、Ｒｃ垂線の足

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平８−69309（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−94255（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−40255（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05B 19/18 - 19/46 B23Q 15/00 - 15/28 G06F 17/50

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ピックフィードと加工形状指令点列が交
互に複数個指令されているプログラムを読み込み、前記
加工形状指令点列をつなぐ滑らかな曲線を求め該曲線に
基づいて補間する数値制御装置において、滑らかな曲線
を求めようとする加工形状指令点列と該加工形状指令点
列に対してピックフィードをはさんで前および後の加工
形状指令点列を読み込む手段と、前記滑らかな曲線を求めようとする加工形状指令点列と
その前および後の加工形状指令点列との関係に基づい
て、前記滑らかな曲線を求めようとする加工形状指令点列の点列間に補助点を加入する手段と、該補助点
が加入された加工形状指令点列を滑らかな曲線で補正す
る手段と、を備えることを特徴とする数値制御装置。
【請求項２】ピックフィードと加工形状指令点列が交
互に複数個指令されているプログラムを読み込み、前記
加工形状指令点列をつなぐ滑らかな曲線を求め該曲線に
基づいて補間する数値制御装置において、滑らかな曲線を求めようとする加工形状指令点列とその
前および後の加工形状指令点列より、ピックフィード方
向に滑らかに連続する曲面が得られるように前記滑らか
な曲線を求めようとする加工形状指令点列の点列間に補
助点を加入する手段と、該補助点が加入された加工形状指令点列を滑らかな曲線
で補正する手段と、を備えることを特徴とする数値制御
装置。
【請求項３】前記補助点を加入する手段は、前記加工
形状指令点列の任意の隣り合った２点に対応する前記加
工形状指令点列に対してピックフィードをはさんで前の
加工形状指令点列上の２点、および、前記加工形状指令
点列の隣り合った２点に対応する前記加工形状指令点列
に対してピックフィードをはさんで後の加工形状指令点
列上の２点を選択する手段と、それぞれの２点を滑らか
に結ぶ関数を求める手段と、求めた関数により前記加工
形状指令点列上の補助点を求める手段を含むことを特徴
とする請求項１又は請求項２記載の数値制御装置。