JP3587363B2 - 数値制御装置及び数値制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば工作機械の制御に用いられる数値制御装置及び数値制御方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自由曲面の金型の加工を行う際には、従来より、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置を使用して自由曲面に接するようにして仮想的に工具を移動させたときの工具経路を直線、円弧、曲線等の微小線分にて近似して表した工具経路データを作成した後、数値制御工作機械にその工具経路データを与えて切削加工することが行われている。
【０００３】
一般に、数値制御工作機械によって曲面加工を行う場合、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置にて作成される微小線分による工具経路データの数は膨大なものとなる。特に、最近の高速切削による加工では、加工ピックフィードをなるべく小さくして鏡面に近い面を実現し、その後の磨き工程の負担を軽減したり、あるいは省略したりする方法が採られるようになってきている。
【０００４】
このような加工では、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置による工具経路データのデータ数を増やして加工精度を向上させなければならない。このため、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置において作成する工具経路データのデータ数が増大するとともに数値制御装置に渡すデータ数も莫大なものになる。
【０００５】
また、現場では工具摩耗や工具交換によって工具径の補正を必要とすることがある。しかしながら、三次元曲面加工においては、ボールエンドミルで切削することが多く、オフセット量を修正することが難しいため、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置を使って莫大な数の工具経路データを計算し直すことが必要となるため、作業効率が大きく低下する。
【０００６】
上記のような問題点の解決を試みるものとして、例えば特開平１１−１５５１３号公報に記載されたものがある。これは、加工すべき曲面（以下、単に曲面あるいは加工曲面という）を示す曲面データに基づいて金型形状データを生成する金型形状データ生成機能部と、金型形状データから工具経路データを作成する工具経路データ作成機能部とを演算処理装置に設けたものである。そして、金型形状データを金型形状データ生成機能部からオンラインで工具経路データ作成機能部や他の切削装置に出力できる。また、工具経路データの作成と切削加工とを同時並行的に行うことができるものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の数値制御装置においては、金型形状データから工具経路データを作成するので、やはり大量の工具経路データの作成を行わなければならない。また、加工曲面の評価を行っていないので、加工曲面に応じて適切に加工速度、すなわち工具の移動速度を設定して加工の精度を向上させることができない。
【０００８】
さらに、工具位置データの作成が間に合わない場合に、加工途中において工具の移動を停止したり、あるいは工具を退避させたりしなければならなかった。加工の途中において、工具の移動を停止したり、退避させたりすると、その部分が傷状の工具痕跡となって残ることがある。
【０００９】
この発明は上記のような問題点を解決して、次のような数値制御装置を得ること及び数値制御方法を提供することを目的とする。
ａ．従来ＣＡＤ／ＣＡＭ装置から数値制御装置に渡していた工具経路データの作成を省略して処理対象物の処理すべき処理面としての加工対象物の加工面の形状から処理作用部位置としての工具位置を決定できる。
ｂ．処理作用部の条件の変更、具体的には例えば工具摩耗や工具交換による工具径の補正のためにＣＡＤ／ＣＡＭ装置を使って従来の工具経路データを計算し直すことを要しない。
ｃ．処理作用部位置データとしての工具位置のデータの数の増大を抑制しながら、処理面の状態に応じて処理作用部の速度を適切に設定できる。
ｄ．処理途中における処理作用部の停止や退避の発生を防止して、傷状の処理作用部の痕跡等の発生を防ぐことができる。
ｆ．これらにより、生産性を損ねることなく処理の品質を向上させることができる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の数値制御装置においては、数値制御される装置の処理作用部を与えられた経路計画軌跡上において処理対象物の処理すべき処理面と干渉しないように仮想的に配置して処理面の状態を評価するための複数の評価点を設定し評価データを作成する評価手段、並びに評価データに基づき処理作用部を移動させるべき指令速度を決定する指令速度決定手段及び数値制御される装置に与えるべき処理作用部位置を指令速度と処理面の形状とに基づき処理作用部が処理面と干渉しないようにして決定する処理作用部位置決定手段を有する処理作用部位置データ作成手段を備え、評価手段の動作と処理作用部位置データ作成手段の動作とがリアルタイムに行われるものである。
評価データに基づき処理作用部を移動させる指令速度を決定するので、処理面の状態に応じた適切な指令速度を決定することができる。また、処理作用部位置は処理面にちょうど接するように処理作用部を仮想的に配置して決定されるので、作成するデータ量の増加を抑制できる。さらに、評価データの作成と処理作用部位置の決定とがリアルタイムに行われるので、全体の処理時間が短縮される。
【００１１】
そして、処理作用部位置データ作成手段は処理作用部位置のデータを記憶する処理作用部位置データ記憶手段と処理作用部位置データ記憶手段に記憶されたデータ数が所定値以下になったとき減速指令を発する処理作用部位置データ数監視手段とを有するものであり、指令速度決定手段は移動基準速度と減速指令とに基づき指令速度を決定するものであることを特徴とする。
処理作用部位置のデータ数が所定値以下になったとき減速指令を発し、処理作用部速度を減速することにより、処理途中において処理作用部位置の決定が間に合わなくなり処理作用部の移動が停止してしまうのを防止する。
【００１２】
さらに、評価手段は評価点における処理対象物の処理面の曲率とこの曲率に対応する処理作用部の移動基準速度とを評価データとして求めるとともにこの評価データを記憶する評価データ記憶手段及び評価データ記憶手段に記憶された評価データの数が所定値以下になったとき速度制限指令を発する評価進行状況監視手段を有するものであり、指令速度決定手段は移動基準速度と速度制限指令とに基づき指令速度を決定するものであることを特徴とする。
評価データ記憶手段に記憶された評価データの数が所定値以下になったとき速度制限指令を発し、処理作用部速度を制限することにより、処理途中において評価データの作成が間に合わなくなり処理作用部の移動が停止してしまうのを防止する。
【００１３】
また、評価データ記憶手段は経路計画軌跡における所定の始点から所定の終点までごとに区分したセグメント単位にて評価データを記憶するものであり、評価進行状況監視手段は評価データ記憶手段に記憶されたセグメントの単位数が所定値以下になったとき速度制限指令を発するものであることを特徴とする。
評価データ記憶手段に記憶された評価データのセグメントの単位数が所定値以下になったとき速度制限指令を発し、処理作用部速度を制限することにより、セグメントの途中において評価データの作成が間に合わなくなり処理作用部の移動が停止してしまうのを防止する。セグメントの終点は、一般的に処理作用部を一旦停止させても支障ないので、評価データをセグメント単位で扱うことによりセグメントの途中で処理作用部が停止するのを防止する。
【００１４】
そして、本発明の数値制御方法においては、数値制御される装置の処理作用部を与えられた経路計画軌跡上において処理対象物の処理すべき処理面と干渉しないように仮想的に配置して処理面の状態を評価するための複数の評価点を設定し評価データを作成し、評価データに基づき処理作用部を移動させるべき指令速度を決定し、数値制御される装置に与えるべき処理作用部位置を指令速度と処理面の形状とに基づき処理作用部が処理面と干渉しないようにして決定する数値制御方法であって、評価データの作成と処理作用部位置の決定とをリアルタイムに行うものである。
評価データに基づき処理作用部を移動させる指令速度を決定するので、処理面の状態に応じた適切な指令速度を決定することができる。また、処理作用部位置は処理面にちょうど接するように処理作用部を仮想的に配置して決定されるので、作成するデータ量の増加を抑制できる。さらに、評価データの作成と処理作用部位置の決定とがリアルタイムに行われるので、全体の処理時間が短縮される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態の一形態である数値制御装置の構成を示すブロック図である。図１において、軌道データ生成装置１１は、どのような移動モード、つまり加工モードにより曲面加工を行うかにより、数値制御工作機械の工具を移動させるべきＸＹ平面上における経路計画軌跡を規定する軌道データを生成し、軌道データを入力データ記憶装置１２へ出力する。経路計画軌跡の詳細については、後述する。
【００１６】
なお、加工対象物の曲面がこの発明における処理対象物の処理面の一例であり、数値制御される数値制御工作機械がこの発明における数値制御される装置の一例であり、工具がこの発明における数値制御される装置の処理作用部の一例である。
【００１７】
入力データ記憶装置１２は、上記軌道データ生成装置１１により生成された軌道データ、三次元の曲面データ、工具データ、送り速度データ等の数値制御加工に必要な入力データを記憶する。ここで、上記曲面データは加工対象物の加工面の形状を表すものであり、ＮＵＲＢＳ（Ｎｏｎ Ｕｎｉｆｏｒｍｅｄ Ｒａｔｉｏｎａｌ Ｂ−Ｓｐｌｉｎｅ；有理化Ｂスプライン）曲面等がある。このＮＵＲＢＳ曲面の場合には、曲面データとして、階数、ノットベクトル、制御点、重みを入力するが、他の任意の曲面データを用いてもよい。
【００１８】
工具データとしては、ボールエンドミル、フラットエンドミル、ラジアルエンドミル等の工具の種類と、当該工具の工具径等のデータを入力する。送り速度データは工具の送り速度情報である。
【００１９】
曲面状態を評価する評価手段としての手段曲面状態評価部２０は、工具経路サンプル点決定部２１、サンプル点データバッファ部２２、曲率算出及び曲率対応速度決定部２３、評価データ記憶部２４を有する。工具経路サンプル点決定部２１は、曲面データに基づき曲面評価のための評価点としての工具経路サンプル点を決定する。サンプル点データバッファ部２２は工具経路サンプル点決定部２１が決定した工具経路サンプル点を複数個、一時的に記憶する。
【００２０】
なおここに、工具経路サンプル点とは、経路計画軌跡上のサンプリング点のＸ、Ｙ座標上に、工具が曲面にちょうど接するように仮想的に配置したときの工具位置のことを言う（後述の図８のサンプリング点ｓｐ（１），ｓｐ（２），・・・ｓｐ（ｊ）、工具経路サンプル点ｅｐ（１），ｅｐ（２），・・・ｅｐ（ｊ）を参照）。
【００２１】
曲率算出及び曲率対応速度決定部２３は、入力データ記憶部１２に記憶された曲面データに基づきこれから加工しようとする曲面状態、例えば曲面の形状を工具経路サンプル点に対応させて評価し、曲面の各部における曲率及びこの曲率に対応した曲率対応速度を決定する。評価データ記憶部２４は、曲率算出及び曲率対応速度決定部２３にて求めた評価データである曲率及び曲率対応速度を工具経路サンプル点に対応させて記憶する。
【００２２】
処理作用部としての工具位置データ作成部３０は、工具経路サンプル点における曲面対応速度を参照して現在の工具位置における曲率対応速度を決める。曲率対応速度と安全速度（詳細後述）から指定速度を決定し、この指定速度から工具と曲面との干渉回避計算を行った上で、工具位置を順次求める。この工具位置は、所定時間間隔ごとに数値制御装置が出力すべき工具位置を表すＸ，Ｙ，Ｚ軸の座標であり、この工具位置を表す座標の集まりが工具位置データである。
【００２３】
さらに、上記工具位置データ作成部３０の詳細構成を説明する。工具位置データ作成部３０は、終点までの距離計算部３１、指令速度決定部３２、工具位置決定部３３、工具位置データバッファ部３４を有する。終点までの距離計算部３１は、現在の工具位置から終点までの距離を計算する。終点とは、一般的に当該数値制御システムの中で複数の移動指令として扱われる経路計画軌跡の不連続な部分を指す。例えば、後述の図３（ａ）における点ＯＰ２，ＯＰ４，ＯＰ６、図３（ｂ）における点ＯＰ２，ＯＰ３，ＯＰ４等が相当する。
【００２４】
指令速度決定部３２は、現在の工具位置と終点までの距離計算部３１にて算出された終点までの距離から安全速度を算出し、この安全速度と曲面状態評価部２０にて求められた曲率対応速度とを比較して低い方の速度を指令速度として決定する。安全速度とは、工具が終点に至るまでの間に、機械の許容加速度の範囲内で減速して安全に停止しうるために許される最大速度である。
【００２５】
工具位置決定部３３は、指令速度及び曲面データに基づき工具が曲面の加工時に順次たどるべき時系列的な工具の位置座標である工具位置を決定する。工具位置データバッファ部３４は、工具位置決定部３３にて決定された工具位置を一時的に記憶し、必要に応じて図示しないサーボ制御部に送る。
【００２６】
工具位置データ数監視部３５は、工具位置データ作成部３０の工具位置データバッファ部３４内の工具位置のデータの数を監視し、工具位置のデータ数に応じて、指令速度を調整して次の工具位置を決定する（後述の図１０のステップＳ４２〜Ｓ４４を参照）。
工具位置データ作成部３０は、以上のように構成されている。
【００２７】
図示しないサーボ制御部は、工具位置を表すデジタル信号として工具位置データ作成部３０の工具位置データバッファ部３４から受け取った工具位置データに基づき、現在着目している工具位置（以下、現在の工具位置という）の座標と次の工具位置の座標との差から、Ｘ，Ｙ，Ｚそれぞれの軸方向における工具の移動すべき値に相当するパルス数ΔＸ，ΔＹ，ΔＺを計算し、サーボモータを制御する。
【００２８】
上記構成において、曲面状態評価部２０において工具経路サンプル点のデータを作成しながら工具経路サンプル点における曲率と曲率対応速度を求め、工具位置データ作成部３０にて上記曲率対応速度を用いて工具位置データを作成する。以上の動作はリアルタイムに行うが、曲面状態評価部２０における曲率対応速度の決定を、工具位置データ作成部３０における工具位置のデータの作成よりも若干先行させて行う。
【００２９】
次に、動作について説明する。まず、全体の大まかな動作を説明し、次に各部の詳細な動作を説明する。図２は全体の動作を示すフローチャート、図３は加工モードの例を示す説明図、図４は曲面状態評価部の動作を示すフローチャートである。図５は、図４のステップＳ３１の工具経路サンプル点を求める詳細を示すフローチャートである。
【００３０】
図６は曲面上における現在の工具経路サンプル点から距離ΔＬだけ離れた次の工具経路サンプル点を求めるための概念を示す説明図であり、図６（ａ）はＹＺ平面、図６（ｂ）はＸＹ平面について示したものである。図７は、工具干渉回避計算の一例を示す説明図である。図８は曲面の評価を行うために求めた工具経路サンプル点を示す説明図、図９は工具経路サンプル点と工具位置との関係を示す説明図である。
【００３１】
以下、図２のフローチャートにより全体の動作を説明し、図４のフローチャートにより図４のステップＳ３の詳細動作を説明し、図５のフローチャートにて図４のステップＳ３１の詳細動作を説明する。さらに、図１０のフローチャートにて図４のステップＳ４の詳細動作を説明する。
【００３２】
まず、図２のフローチャートにより全体の動作を説明する。
ステップＳ１において、軌道データ生成部１１は、与えられた加工モードに基づき軌道データを生成する。曲面を加工するためには、加工モードを設定しておく必要があり、ステップＳ１ではこの設定された加工モードより軌道データを生成する。
【００３３】
経路計画軌跡は、加工モードに応じてＸＹ平面上の軌跡として与えられ、工具はこの経路計画軌跡に沿って移動する。加工モードとしては、ジグザグ加工モード、渦巻き加工モード、スプライン加工モード、円弧加工モード等がある。
【００３４】
図３はそのような加工モードを示すものであり、図３（ａ）にＸＹ平面上でジグザグに定義した経路計画軌跡によるジグザグ加工モードの例を、図３（ｂ）にＸＹ平面上で渦巻き状に定義した経路計画軌跡による渦巻き加工モードの例を示す。
【００３５】
経路計画軌跡は、ピッチ等のデータを与えて加工モードを設定すれば、例えば図３（ａ）あるいは図３（ｂ）の点ＯＰ１から点ＯＰ２、点ＯＰ２から点ＯＰ３、点ＯＰ３から点ＯＰ４、・・・・というように、ＸＹ平面上の軌道として求められる。
【００３６】
入力データ記憶部１２は、軌道データ生成部１１から入力された軌道データ、曲面データ、工具データ、送り速度データ等の入力データを記憶する（ステップＳ２）。曲面状態評価部２０は、入力データ記憶部１２に記憶された曲面データに基づきこれから加工しようとする曲面状態を評価し、工具経路サンプル点を設定し、その工具経路サンプル点における評価データである曲率及び曲率対応速度を決定し、記憶する（ステップＳ３）。
【００３７】
図４のステップＳ３１において、経路計画軌跡に対応させて曲面を評価するための工具経路サンプル点を求める。このステップＳ３１については、後で詳細に説明する。
上記のようにして得られた工具経路サンプル点はサンプル点データバッファ部２２に一時的に記憶される（ステップＳ３２）。
【００３８】
次に、サンプル点データバッファ部２２に記憶された工具経路サンプル点の中から連続する３点を取り出し、この３点を通る円弧の曲率を算出し（ステップＳ３３）、この曲率に対応する曲率対応速度を求め（ステップＳ３４）、曲率及び曲率対応速度を記憶する（ステップＳ３５）。この動作を全サンプリング点分が完了するまで繰り返す（ステップＳ３６）。
【００３９】
上記ステップＳ３４における曲率対応速度は、曲率に応じて予め定められた速度を曲率対速度のテーブルを参照して求める。曲率対応速度は、曲率が大きいときは遅い速度で、曲率が小さいときは速い速度で通過するように曲率に対応させて予め定められたものである。なお、テーブルの代わりに、計算式を用いて求めるようにしてもよい。
【００４０】
なお、曲面状態の評価は、後述する工具位置データの作成に若干先行して、かつ同時並行的に行われ、評価結果はリアルタイムで曲面状態評価部２０から工具位置データ作成部３０へ送られる。
【００４１】
図４のステップＳ３１の詳細動作は図５のフローチャートに示す通りである。すなわち、図５のステップＳ３１１において、サンプリング候補点ｑ１を求める。ここで、図６（ｂ）に示すように、現在のサンプリング点はＸＹ平面における経路計画軌跡ＴＲＪ（この例では、直線である）上の点ｓｐ（ｊ）にあり、そのときの三次元空間における工具経路サンプル点は点ｅｐ（ｊ）であるとする。
そして、経路計画軌跡ＴＲＪ上に現在のサンプリング点ｓｐ（ｊ）から所定の距離ΔＬ離れたサンプリング候補点ｑ１を求める（図５のステップＳ３１１）。
【００４２】
次に、上記ステップＳ３１１で求めたサンプリング候補点ｑ１のＸ，Ｙ軸座標に、工具Ｔが曲面Ｓと干渉せずちょうど曲面Ｓに接するように、図６（ａ）における上方より仮想的に配置して、工具回避計算を行う（ステップＳ３１２）。このときの工具位置を工具経路サンプル候補点ｅｑ１と称することにする。
【００４３】
ステップＳ３１２における工具干渉回避計算の詳細は次の通りである。図７は、工具干渉回避計算の一般的な方法の概念を示す説明図である。この干渉回避計算の問題は、Ｘ，Ｙ軸座標を与えて工具ＴをそのＸ，Ｙ軸座標において曲面Ｓの上方に配置し、徐々に曲面Ｓに向かって工具を下ろしていったときに、最初に曲面Ｓに接触するＺ軸座標を求める問題である。
【００４４】
図７（ａ）に示すように、対象とする曲面Ｓに工具Ｔを仮想的に投影して、工具Ｔが投影された曲面Ｓ上の多数のサンプル点ｔｓｈ（図７（ａ）では簡単のために正方形のメッシュで表している）と工具Ｔとの干渉をチェックし、工具Ｔが曲面Ｓと接するときの工具の中心である工具位置ｅｐ（ｊ）の座標を求めることにより、工具が曲面に干渉しないようにできる。
このような方法により、工具が曲面と干渉しないようにして求めたものが工具経路サンプル候補点ｅｑ１である。
【００４５】
次に、ステップＳ３１３において、現在の工具位置ｅｐ（ｊ）と工具経路サンプル候補点ｅｑ１との三次元空間における距離ΔＬｔを算出する。そして、距離ΔＬｔとステップＳ３１１で用いた距離ΔＬとの差が、あらかじめ定められた所定の微小値ε以下か否か判定する（ステップＳ３１４）。その結果、距離ΔＬｔとΔＬとの差が微小値ε以下であれば、工具経路サンプル候補点ｅｑ１を次の工具経路サンプル点ｅｐ（ｊ＋１）として決定する（ステップＳ３１５）。
【００４６】
一方、距離ΔＬｔとΔＬとの差が微小値εを超えるならば、距離ΔＬｔは採用するには離れすぎているので、ＸＹ平面の経路計画軌跡ＴＲＪ上において、例えば点ｑ１よりももっと点ｓｐ（ｊ）に近い別のサンプリング候補点ｑ２に変更し（ステップＳ３１６）、ステップＳ３１２へ戻る。そして、ステップＳ３１２〜Ｓ３１４を実行して微小値εよりも小さい工具経路サンプル候補点ｅｑ２を見つけ、この工具経路サンプル候補点ｅｑ２を工具経路サンプル点に決定する（ステップＳ３１５）。
【００４７】
なお、ＸＹ平面の経路計画軌跡ＴＲＪ上において別のサンプリング候補点ｑ２を求めるには、例えば二分法を用いればよい。以上のような計算によって、距離ΔＬにもっとも近い点ｅｑ１あるいは点ｅｑ２が次のサンプリング点として得られる。
以上が工具経路サンプル点決定部２１によるステップＳ３１（図４）の動作であり、上記のようにして曲面状態を評価するための工具経路サンプル点が得られる。この工具経路サンプル点を得る過程は、後述の工具位置を求める過程と全く同様のものである。
以上が、図３のステップＳ３の曲面状態の評価、曲率の算出及び曲率対応速度の決定の詳細動作である。
【００４８】
図８は、上述のようにして経路計画軌跡ＴＲＪ上のサンプリング点ｓｐ（１），ｓｐ（２），・・・ｓｐ（ｊ）及び曲面状態を評価するための工具経路サンプル点ｅｐ（１），ｅｐ（２），・・・ｅｐ（ｊ）を求めたものである。なお、図中、Ｔは工具、ｅｃは工具経路サンプル点間を直線で結んだ評価曲線である。
【００４９】
なお、工具と曲面との干渉回避の方法としては、上述したような方法の他に、図７（ｂ）に示すように曲面Ｓのオフセット曲面Ｓｏｆｓｔを求めておき、工具Ｔの中心位置ｅｐ（ｊ）の座標をこのオフセット曲面Ｓｏｆｓｔから得ることにより、工具が曲面に干渉しないようにすることもできる。
【００５０】
さらに、他の干渉回避の方法として、例えば特開平６−８３４２２号公報に記載された方法を用いることもできる。この方法は、概略次の通りである。まず、加工曲面の包含球ツリーを用いて工具に干渉する曲面を細分割したものである曲面パッチを大ざっぱに抽出する。
【００５１】
次に、抽出された曲面パッチを細分割しながら曲面パッチを近似する双一次パッチによる干渉チェックを用いて、干渉する、より細かな曲面パッチの抽出を行う。この処理を曲面パッチが十分平坦な曲面パッチに細分割されるまで行い、得られた平面パッチについて工具との干渉回避計算を行う。
【００５２】
次に、図２のステップＳ４における工具位置データ作成部３０の詳細動作を、図１０のフローチャート及び図１１の現在の工具位置から終点までの距離計算の概念を示す説明図により説明する。図１０のフローチャートにおいて、工具速度の減速フラグＦＤ＿ＦＬＧ（詳細後述）が１か否かを判定する（ステップＳ４１）。なお、最初は初期化により工具速度の減速フラグＦＤ＿ＦＬＧ＝１に設定されている。
【００５３】
ＦＤ＿ＦＬＧ＝１ならば、オーバライド率Ｒｏｖｒを次の算式にて算出する（ステップＳ４２）。
Ｒｏｖｒ＝（Ｎ−Ｎｍｉｎ）／（Ｎｍａｘ−Ｎｍｉｎ）
【００５４】
ここに、Ｎは、工具位置データバッファ部３４内の工具位置のデータ数、
Ｎｍｉｎは、工具位置の算出開始、すなわち工具の移動（加工開始）命令を発するために工具位置データバッファ部３４が蓄積しておくべき工具位置の最小限のデータ数、
Ｎｍａｘは、工具の移動速度を通常の状態に戻して良いとする工具位置データバッファ部３４内の工具位置のデータ数、
であり、Ｒｏｖｒは工具位置のデータのストックの余裕度を表している。
【００５５】
工具速度の減速フラグＦＤ＿ＦＬＧ＝１でなければ、工具位置データバッファ部３４内の工具位置のデータ数が十分あり工具速度の減速の必要なしとして、オーバライド率Ｒｏｖｒ＝１に設定し（ステップＳ４３）、ステップＳ４４へ行く。
【００５６】
ステップＳ４４において、先に曲面状態が評価され評価データ記憶部２４に記憶されている工具経路サンプル点における曲率対応速度を参照して、現在の工具位置における曲率対応速度Ｆｃを求める。この曲率対応速度Ｆｃは、評価データ記憶部２４に記憶された曲率対応速度に基づいて経路計画軌跡上の現在の工具位置を媒介変数にして求めることになる。一般的に、図９に示すように先に設定した工具経路サンプル点ｅｐ（ｊ）と、工具位置ｔｐ（ｋ）とは、一致しない。従って、現在の工具位置を挟んで最も近い二つの工具経路サンプル点から補間法により曲率対応速度Ｆｃを求める。
【００５７】
そして、この曲率対応速度Ｆｃにオーバライド率Ｒｏｖｒを乗じて設定速度Ｖｃｏｍ＝Ｆｃ・Ｒｏｖｒを求める（ステップＳ４５）。この設定速度Ｖｃｏｍと後述の安全速度とを比較して小さい方の速度を指令速度Ｆに決定する（ステップＳ４６）。
【００５８】
オーバライド率Ｒｏｖｒが小さいということは、工具位置データバッファ部３４中の工具位置のデータのストックが少ないことを意味する。このため、加工途中において工具位置のデータが不足して出力されなくなり工具の移動が停止するおそれがあるので、これを避けるためにＶｃｏｍを小さくして、指令速度を下げるわけである。
【００５９】
この指令速度Ｆと入力データ記憶部１２に記憶された曲面データとに基づき、工具が曲面と干渉しないように工具干渉回避計算を行ってから工具位置を求め（ステップＳ４７）、求めた工具位置のデータを工具位置データバッファ部３４に収容する（ステップＳ４８）。
【００６０】
ところで、上述のステップＳ４６にて用いられる安全速度は、次のようにして求める。すなわち、終点までの距離計算部３１は入力データ記憶部１２に記憶された曲面データに基づき、現在の工具位置から経路計画軌跡の終点位置に対応する曲面上の終点までの距離Ｌｅを計算する。経路計画軌跡は、当該数値制御システムの中で複数の移動指令として扱われ、この経路計画軌跡が不連続の部分（例えば、図３（ａ）のＯＰ２，ＯＰ４，ＯＰ６等）は一般に終点位置として扱われる。
【００６１】
ここで、図１１は現在の工具位置から終点までの距離計算の概念を示す説明図であるが、この図１１において、ＸＹ平面上の点ＯＰ１から点ＯＰ２までの経路計画軌跡ＴＲＪが求められているものとする。このとき、この経路計画軌跡ＴＲＪを曲面Ｓ上に投影したものが曲線ＣＶであり、その始点をＳＰ、終点をＥＰとする。
【００６２】
経路計画軌跡ＴＲＪ上のＸ，Ｙ軸座標を与えて曲線ＣＶ上の点を容易に求めることができる。工具Ｔは、点ＯＰ１に対応する始点ＳＰから、点ＯＰ２に対応する終点ＥＰまでの曲線ＣＶ上を走行することになる。従って、この工具Ｔの中心位置ｔｐ（ｋ）のＸ，Ｙ軸の座標は、点ＯＰ１から点ＯＰ２までの経路計画軌跡ＴＲＪ上にあるとともに始点ＳＰから終点ＥＰまでの曲線ＣＶ上にあり、かつ工具Ｔは曲面Ｓと接するように配置される。
【００６３】
なお、図１１において、工具の現在位置をｔｐ（ｋ）、工具Ｔを曲線ＣＶの終点ＥＰ上に配置した時の工具位置をｔｐ（ｅｎｄ）とする。まず、これら工具位置ｔｐ（ｋ）とｔｐ（ｅｎｄ）との間の距離Ｌｅを計算する。
【００６４】
次に、終点ＥＰに至るまでに安全に停止できるか否かを、現在の速度指令Ｖｃｏｍと工作機械の許容加速度Ｂから、次の式を用いて判定する。
Ｖｃｏｍ ＜√（２Ｌｅ・Ｂ）
【００６５】
判定の結果、上記条件を満たしていなければ、終点において安全に停止できないことになるので、次の式から算出された安全速度Ｖｏｕｔに工具速度を減速しなければならない。安全速度Ｖｏｕｔは、現在の工具位置から終点に至るまでの間に、許容加速度の範囲内で工具速度を減速して安全に停止するために許される現在の工具位置における最大許容速度である。
Ｖｏｕｔ＝√（２Ｌｅ・Ｂ）
そして、現在の速度指令Ｖｃｏｍあるいは安全速度Ｖｏｕｔのうち、小さい方を指令速度Ｆに決定する。
【００６６】
次に、図１０のフローチャートにおけるステップＳ４７において、工具位置回避計算を行って工具位置を決定する。この工具位置の決定は、従来のように曲面データに対応した工具経路データを作成し、この工具経路データに基づき数値制御装置が工具位置を補間して算出するのではなく、曲面データに基づき工具位置を補間することなく求める。
【００６７】
まず、図１０のステップＳ４７において、工具位置決定部３３が次のように動作して工具位置を決定する。すなわち、ステップＳ４６にて決定された指令速度Ｆと、サンプリング間隔ΔＴによって決定される距離ΔＤ＝Ｆ・ΔＴを算出する。次の工具位置は、先に述べた図５のステップＳ３１２において工具経路サンプル点を求めたときと同様にして工具の干渉回避計算を行った上で、距離ΔＤだけ離れた点に最終決定されることになる。
【００６８】
以下、図５のステップＳ３１３〜ステップＳ３１６において工具経路サンプル点を求めたのと全く同様の方法により、工具位置を求めることができる。図１２は、曲面上における現在の工具位置から次の工具位置求めるための概念を示す説明図であるが、図１２（ｂ）において、ＸＹ平面上の経路計画軌跡ＴＲＪ上で現在の工具位置の点ｐ（ｋ）から距離ΔＤだけ離れた仮の候補点ｗ１を求める。この仮の候補点ｗ１のＸ，Ｙ軸座標に、工具が曲面と干渉せずちょうど曲面に接するように、図１２（ａ）における上方より仮想的に配置したときの工具位置ｔｗ１を工具位置候補点に定める。
【００６９】
次に、図１２（ａ）における現在の工具位置ｔｐ（ｋ）と工具位置候補点ｔｗ１との三次元空間における距離ΔＤｔを算出する。そして、距離ΔＤｔと距離ΔＤとの差が、あらかじめ定められた所定の微小値ｅ以下か否か判定する。その結果、距離ΔＤｔとΔＤとの差が微小値ｅ以下であれば、その工具位置候補点ｔｗ１を次の工具位置ｔｐ（ｋ＋１）として決定する。
【００７０】
一方、距離ΔＤｔとΔＤとの差が微小値ｅを超えるならば、距離ΔＤｔは採用するには離れすぎているので、例えばＸＹ平面の経路計画軌跡ＴＲＪ上において現在の仮の候補点ｗ１よりももっと近い別の仮の候補点ｗ２に変更し、再び現在の工具位置ｔｐ（ｋ）と工具位置候補点ｔｗ２との三次元空間における距離ΔＤｔを算出して工具位置候補点を求め、微小値ｅよりも小さい工具位置候補点を見つけ、次の工具位置ｔｐ（ｋ＋１）に決定する。
【００７１】
以上が工具位置決定部３３の動作であり、上述のようにして得られた工具位置のデータが、図示しないサーボ制御部に送られ、数値制御工作機械が制御される。
なお、上述の工具の干渉回避の計算方法については、図５のステップＳ３１２において工具経路サンプル候補点を求めるときに行ったのと同様の方法にて行うことができる。
【００７２】
ところで、工具経路サンプル点の決定、曲率や曲率対応速度の決定、工具位置の決定等に時間がかかり、工具位置データバッファ部３４内の工具位置のデータのストックが無くなると、数値制御工作機械に工具位置のデータを出力できなくなり、工具の移動が停止する。この工具の停止により、加工対象物に傷状の工具痕跡が発生することがある。これを防止するために、工具位置データ数監視部３５は次のような動作をし、加工途中における不要な工具の停止を防止する。
【００７３】
すなわち、図１３のフローチャートにおいて、工具位置データバッファ部３４内の工具位置のデータ数Ｎが許容最低値Ｎｍｉｎよりも多いかどうかを判定する（ステップＳ５１）。データ数Ｎが許容最低値Ｎｍｉｎよりも多ければ、加工途中に工具位置の決定が間に合わなくなり加工が停止するおそれはない、と判断して、ステップＳ５２に行く。データ数Ｎが許容最低値Ｎｍｉｎよりも少なければ、加工途中で工具位置のデータが間に合わなくなるおそれがあるで、許容最低値Ｎｍｉｎを超えるまで待つ（ステップＳ５１）。
【００７４】
次に、ステップＳ５２において、工具位置データバッファ部３４内の工具位置のデータ数Ｎが所定の値Ｎｍａｘ（Ｎｍａｘ＞Ｎｍｉｎ）よりも少なければ、工具位置のストックが不足気味であるので、加工途中での停止の危険性を避けるために工具速度の減速フラグＦＤ＿ＦＬＧ＝１に設定し（ステップＳ５３）、ステップＳ５５へ行く。
【００７５】
ステップＳ５２において、工具位置データバッファ部３４内の工具位置のデータ数Ｎが所定の値Ｎｍａｘよりも多くなれば、工具速度を減速しなくても工具位置のデータのストックが十分あるので、工具速度の減速は不要と判断して、工具速度の減速フラグＦＤ＿ＦＬＧ＝０に設定し（ステップＳ５４）、ステップＳ５５へ行く。なお、この減速フラグＦＤ＿ＦＬＧは、先に説明した図１０のフローチャート中のステップＳ４１にて用いられ、オーバライド率を選択するためのものである。
【００７６】
そして、ステップＳ５５において、工具位置データバッファ部３４内の工具位置のデータを１個、サーボ制御部へ送り出すように指令する。
工具位置データ数監視部３５は、以上のような動作を加工すべき工具位置のデータがなくなるまで繰り返す。
【００７７】
実施の形態２．
図１４、図１５は、この発明の他の実施の形態を示すもので、図１４は数値制御装置の構成を示すブロック図、図１５は曲面状態評価進行状況監視部の動作を示すフローチャートである。図１４において、曲面状態評価部６０は、工具経路サンプル点決定部６１、サンプル点データバッファ部６２、曲率算出及び曲率対応速度決定部６３、評価データ記憶部６４、曲面状態評価進行状況監視部６５を有する。
【００７８】
工具経路サンプル点決定部６１は、入力データ記憶部１２に記憶された曲面データに基づき曲面評価のための工具経路サンプル点をセグメント単位に区分けして決定する。サンプル点データバッファ部６２は工具経路サンプル点決定部６１が決定した工具経路サンプル点をセグメント単位にまとめた形で、一時的に記憶する。
【００７９】
曲率算出及び曲率対応速度決定部６３は、入力データ記憶部１２に記憶された曲面データに基づきこれから加工しようとする曲面状態を経路計画軌跡に対応させてかつセグメント単位に分けて評価して工具経路サンプル点に対応した曲率及び曲率対応速度を求める。評価データ記憶部６４は、工具経路サンプル点における評価データである曲率及び曲率対応速度を工具経路サンプル点に対応させてセグメント単位にまとめた形で記憶する。
【００８０】
ここに、セグメントとは、直線、円弧、曲線等にて定義され、所定の始点及び終点を有し、経路計画軌跡を構成しているものである。ここでは、セグメントを上述のようにデータの区切りの単位にしている。例えば、図２（ａ）におけるＸＹ平面上の線分ＯＰ１−ＯＰ２，ＯＰ３−ＯＰ４、図１２（ｂ）におけるＸＹ平面上の始点ＯＰ１と終点ＯＰ２を有する経路計画軌跡ＴＲＪ等が、このセグメントに相当する。
【００８１】
曲面状態評価進行状況監視部６５は、曲面状態評価部６０の評価データ記憶部６４に記憶されているセグメント単位の工具経路サンプル点のデータ数をセグメント単位で監視し、後述の工具位置データ作成部７０の指令速度決定部７２における指令速度を制御する。
以上が、曲面状態評価部６０の構成である。
【００８２】
このように、セグメント単位で工具経路サンプル点で扱うのは、詳細は後述するが、次の理由による。すなわち、リアルタイムで設定する工具経路サンプル点の設定が遅れたため、後工程の工具位置のデータの決定が間に合わなくなったとき、工具位置のデータが出力されず工具の移動が停止する。セグメント単位で各データを扱っておけば、セグメントの途中で工具位置のデータの供給が停止し、工具の移動が停止することを防止できる。また、一般にセグメントの終点では工具速度を零にしても、すなわち加工を一時的に停止しても工具痕跡等が残り加工品質を損ねるおそれが少ないからである。
【００８３】
工具位置データ作成部７０は、終点までの距離計算部７１、指令速度決定部７２、工具位置決定部７３を有し、これから求めようとする工具位置における曲面対応速度と安全速度から指令速度を決定し、この指令速度から工具と曲面との干渉回避計算を行った上で工具位置を順次求める。工具位置は所定時間間隔ごとに数値制御装置が出力すべき工具位置を表す座標であり、工具位置データは工具位置を表す座標の集まりである。
【００８４】
ここで、上記工具位置データ作成部７０の詳細構成を説明する。工具位置データ作成部７０は、終点までの距離計算部７１、指令速度決定部７２、工具位置決定部７３を有する。終点までの距離計算部７１は、現在の工具位置から終点までの距離を計算する。指令速度決定部７２は、現在の工具位置と終点までの距離計算部７１にて算出された終点までの距離から制限速度を算出し、この制限速度と曲面状態評価部６０にて求められた曲率対応速度とを比較して、低い方を指令速度として決定する。
【００８５】
工具位置決定部７３は、指令速度及び曲面データに基づき工具が曲面の加工時に順次たどるべき時系列的な工具の位置座標である工具位置を決定する。
工具位置データ作成部７０は、以上のように構成されている。
【００８６】
つぎに、動作について説明する。
曲面状態評価部６０の工具経路サンプル点決定部６１は、まず経路計画軌跡を適宜分割して、一般には始点と終点を一区切りにしてセグメントを設定する。このセグメントは、前述のように例えば図４（ａ）におけるＸＹ平面上の線分ＯＰ１−ＯＰ２，ＯＰ３−ＯＰ４等のごとくである。次に、当該セグメント上にサンプリング点を設定し、このサンプリング点に対応させて曲面と干渉しないように仮想的に工具を配置して、工具経路サンプル点を求める。
【００８７】
この求めた工具経路サンプル点から所定距離ΔＤ離れた次の工具経路サンプル点を工具と曲面とが干渉しないようにして求める。求めた次の工具経路サンプル点はサンプル点データバッファ部６２に順次蓄える。この工具経路サンプル点の決定の過程は、実施の形態１において説明した工具経路サンプル点の決定方法と同様である。
【００８８】
サンプル点データバッファ部６２内の工具経路サンプル点の中から連続する３点を順次取りだし、この３点を通る円弧の曲率及びこの曲率に対応して予め定められた曲率対応速度を求めて、評価データ記憶部６４に記憶する。この動作を当該セグメント分が完了するまで繰り返し、評価データ記憶部６４に逐次記憶する。さらに、次のセグメントについて同様に各工具経路サンプル点における曲率を算出し、全てのセグメントについて曲率及び曲率対応速度の決定が完了すれば処理を終了する。
【００８９】
次に、曲面状態評価進行状況監視部６５の詳細動作を図１５のフローチャートにより説明する。曲面状態評価進行状況監視部６５は、まず曲面状態評価部６０の評価データ記憶部６４に記憶されているセグメントの番号及びセグメントの残数が所定値以上あるか確認する（ステップＳ８１）。
【００９０】
セグメント数が所定値未満であれば、曲面状態の評価の進行が遅れているので、工具速度の減速フラグＦＬＧを１にセットして（ステップＳ８２）、ステップＳ８４へ進む。セグメント数が所定値以上であれば、工具速度の減速フラグＦＬＧを０にセットして（ステップＳ８３）、ステップＳ８４へ進む。
【００９１】
ステップＳ８４において、工具位置データ作成部７０へフラグＦＬＧの状態を出力する。このフラグＦＬＧの状態の出力に合わせて工具位置データ作成部７０は、工具位置の算出を開始する。曲面状態評価進行状況監視部６５は、工具位置データ作成部７０における当該セグメント番号Ｓの工具位置データの作成が終了するまで評価データ記憶部６４中のセグメント数の確認して次のフラグの状態を出力するのを待つ（ステップＳ８５）。
【００９２】
工具位置データ作成部７０における当該セグメント番号Ｓの全ての工具位置データの作成が終了すれば、ステップＳ８６，Ｓ８７を経てステップＳ８１に戻り、評価データ記憶部６４中のセグメント数の確認、フラグの状態の出力を行う。なお、評価データ記憶部６４中のセグメント単位の工具経路サンプル点は、工具位置データ作成部７０の指令速度決定部７２において、指令速度を決定するために用いられた後、消去される。
以上が、図１４の曲面状態評価部６０の詳細動作である。
【００９３】
次に、図１４の工具位置データ作成部７０の動作を、図１６のフローチャートにより説明する。まず、終点までの距離計算部７１は図１の終点までの距離計算部３１と同様に現在の工具位置から終点までの距離を計算する。指令速度決定部７２は曲面状態評価進行状況監視部６５から送られてきたデータ中のフラグＦＬＧの状態が１か０を判定し（ステップＳ９１）、ＦＬＧ＝１ならばオーバライド率Ｒｏｖｒを、送られてきたセグメント番号を用いて、次の算式にて算出する。
Ｒｏｖｒ＝（Ｓ−Ｓｃ）／Ｍ
【００９４】
ここに、Ｓは曲面状態評価部６０にて曲面状態の評価が終了済のセグメント番号、
Ｓｃは現在工具位置データ作成部７０にて既に工具位置データの作成が終了したセグメント番号、
Ｍは所定の、例えば５程度の整数、
であり、（Ｓ−Ｓｃ）／Ｍは曲面状態の評価の進捗の先行度、つまり余裕度を表している。
【００９５】
減速フラグＦＬＧ＝０ならば、工具速度の減速を要しないとしてオーバライド率Ｒｏｖｒ＝１に設定し、ステップＳ９４へ行く（ステップＳ９３）。ステップＳ９４において、現在の工具位置の曲率から曲率対応速度Ｆｃを求める。曲率対応速度Ｆｃは、若干先行して曲面状態評価部６０にて作成される評価データに基づいて、図１０のステップＳ４４におけるのと同様にして求める。
【００９６】
以下、ステップＳ９５ないしステップＳ９７の動作は、図１０のステップＳ４５ないしステップＳ４７の動作と同様であり、指令速度、工具位置が決定され、出力される。但し、この実施の形態においては、工具位置データ作成部７０には工具位置データバッファを設けず、求められた工具位置データをサーボ制御部に直接送出するようにしている。もちろん、必要に応じてデータバッファを設けてもよい。
【００９７】
また、図１４の実施の形態においては、曲面状態の評価データの残数をセグメント単位で確認し、減速フラグの状態を設定するものを示したが、セグメントにとらわれず評価データのストック数（残数）に応じて減速フラグの状態を設定するようにすることもできる。
【００９８】
上記実施の形態において、数値制御装置は、一般的には一つのマイクロプロセッサを有するマイクロコンピュータにより実現することができるが、複数のマイクロプロセッサを有するものを用いて、例えば軌道データの生成と入力データの記憶、曲面状態の評価、指令速度の決定、工具位置の決定等の各タスクを分担させ、リアルタイムに同時並行的に行うようにすることもできる。
【００９９】
そして、このように複数のタスクを同時並行的に実施する場合に、上記のように工具位置のデータ数や評価データのストック数を監視して工具の速度を制御すれば、各タスクの跛行により加工途中で工具が停止するを効果的に防止できる。
【０１００】
また、上記実施の形態では、曲面状態評価装置２０は工具が加工面に当接するようにかつ次の評価点までの距離をΔＬ一定となるようにして工具を仮想的に配置し各評価点を求めるものを示したが、データ処理速度を高めるために例えば図６（ｂ）の経路計画軌跡ＴＲＪ上に等間隔に評価点を設定して評価データを求めるようにすることもできる。また、評価点の間隔ΔＬを工具の送り距離ΔＤ＝Ｆ・ΔＴよりもかなり小さく設定して評価の精度を上げることもできる。
【０１０１】
以上のように、各実施の形態において、加工すべき曲面状態の評価を行い、またこの評価結果に基づき工具速度を適切に設定するようにした。さらに、加工すべき曲面に基づいて直接工具位置を求めるようにした。従って、曲面状態に応じて適切な加工速度で加工でき、加工品質を向上させることができる。なお、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置にて従来作成していた工具経路データの作成を省略でき、生産性が向上する。
【０１０２】
また、曲面状態評価部２０による曲面状態の評価と、工具位置データ作成部３０による工具位置の決定とを、曲面状態評価部２０による曲面状態の評価を若干先行させリアルタイムに行うようにしたので、曲面状態評価部２０の評価データ記憶部２４や曲面状態評価部６０の評価データ記憶部６４の容量は小さいもので済み、装置が安価なものとなる。また、全体の処理時間を短縮でき、生産性を向上させることができる。
【０１０３】
そして、工具位置データ数監視部３５や曲面状態評価進行状況監視部６５を設けて、工具位置データや評価データの作成が間に合わなくなるおそれがあるときは、工具の移動速度を減速するようにしたので、加工途中において不要な工具の停止を避け、工具の停止に伴う工具痕跡の発生等を防止できる。
【０１０４】
上記各実施の形態においては、数値制御される装置の処理作用部が数値制御工作機械の工具であるものを示したが、本発明は工作機械の数値制御装置に限らず、ロボット装置等の数値制御装置に用いることができ、同様の効果を奏する。ロボット装置として、例えば処理作用部として砥石を用いて処理すべき処理面の仕上げ処理を行うもの等がある。
【０１０５】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載するような効果を奏する。
【０１０６】
本発明の数値制御装置においては、数値制御される装置の処理作用部を与えられた経路計画軌跡上において処理対象物の処理すべき処理面と干渉しないように仮想的に配置して処理面の状態を評価するための複数の評価点を設定し評価データを作成する評価手段、並びに評価データに基づき処理作用部を移動させるべき指令速度を決定する指令速度決定手段及び数値制御される装置に与えるべき処理作用部位置を指令速度と処理面の形状とに基づき処理作用部が処理面と干渉しないようにして決定する処理作用部位置決定手段を有する処理作用部位置データ作成手段を備え、評価手段の動作と処理作用部位置データ作成手段の動作とがリアルタイムに行われるものであるので、評価データに基づき処理作用部を移動させる指令速度を決定するので、処理面の状態に応じた適切な指令速度を決定することができる。また、処理作用部位置は処理面にちょうど接するように処理作用部を仮想的に配置して決定されるので、作成するデータ量の増加を抑制できる。さらに、評価データの作成と処理作用部位置の決定とがリアルタイムに行われるので、全体の処理時間が短縮される。よって、生産性を損ねることなく処理の品質を向上させることができる。
【０１０７】
そして、処理作用部位置データ作成手段は処理作用部位置のデータを記憶する処理作用部位置データ記憶手段と処理作用部位置データ記憶手段に記憶されたデータ数が所定値以下になったとき減速指令を発する処理作用部位置データ数監視手段とを有するものであり、指令速度決定手段は移動基準速度と減速指令とに基づき指令速度を決定するものであることを特徴とするので、処理作用部位置のデータ数が所定値以下になったとき減速指令を発し、処理作用部速度を減速することにより、処理途中において処理作用部位置の決定が間に合わなくなり処理作用部の移動が停止してしまうのを防ぐことにより、工具の停止による傷状の工具痕跡等の発生を防止できる。
【０１０８】
さらに、評価手段は評価点における処理対象物の処理面の曲率とこの曲率に対応する処理作用部の移動基準速度とを評価データとして求めるとともにこの評価データを記憶する評価データ記憶手段及び評価データ記憶手段に記憶された評価データの数が所定値以下になったとき速度制限指令を発する評価進行状況監視手段を有するものであり、指令速度決定手段は移動基準速度と速度制限指令とに基づき指令速度を決定するものであることを特徴とするので、評価データ記憶手段に記憶された評価データの数が所定値以下になったとき速度制限指令を発し、処理作用部速度を制限することにより、処理途中において評価データの作成が間に合わなくなり処理作用部の移動が停止してしまうのを防ぐことにより、工具の停止による傷状の工具痕跡等の発生を防止できる。
【０１０９】
また、評価データ記憶手段は経路計画軌跡における所定の始点から所定の終点までごとに区分したセグメント単位にて評価データを記憶するものであり、評価進行状況監視手段は評価データ記憶手段に記憶されたセグメントの単位数が所定値以下になったとき速度制限指令を発するものであることを特徴とするので、評価データ記憶手段に記憶された評価データのセグメントの単位数が所定値以下になったとき速度制限指令を発し、処理作用部速度を制限することにより、セグメントの途中において評価データの作成が間に合わなくなり処理作用部の移動が停止してしまうのを防止する。さらに、セグメントの終点は、一般的に処理作用部を一旦停止させても支障ないので、評価データをセグメント単位で扱うことによりセグメントの途中で処理作用部が停止するのを防止する。セグメントの途中における工具の停止を防ぐことにより、工具の停止による傷状の工具痕跡等の発生を防止できる。
【０１１０】
そして、本発明の数値制御方法においては、数値制御される装置の処理作用部を与えられた経路計画軌跡上において処理対象物の処理すべき処理面と干渉しないように仮想的に配置して処理面の状態を評価するための複数の評価点を設定し評価データを作成し、評価データに基づき処理作用部を移動させるべき指令速度を決定し、数値制御される装置に与えるべき処理作用部位置を指令速度と処理面の形状とに基づき処理作用部が処理面と干渉しないようにして決定する数値制御方法であって、評価データの作成と処理作用部位置の決定とがリアルタイムに行われるものであるので、評価データに基づき処理作用部を移動させる指令速度を決定するので、処理面の状態に応じた適切な指令速度を決定することができる。また、処理作用部位置は処理面にちょうど接するように処理作用部を仮想的に配置して決定されるので、作成するデータ量の増加を抑制できる。さらに、評価データの作成と処理作用部位置の決定とがリアルタイムに行われるので、全体の処理時間が短縮される。よって、生産性を損ねることなく処理の品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態の一形態の数値制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】数値制御装置の全体の動作を示すフローチャートである。
【図３】加工モードの例を示す説明図である。
【図４】図１の曲面状態評価部の動作を示すフローチャートである。
【図５】曲面状態評価部における工具経路サンプル点を求める動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】曲面上における現在の工具経路サンプル点から次の工具経路サンプル点を求めるための概念を示す説明図である。
【図７】工具干渉回避計算の一例を示す説明図である。
【図８】曲面の評価を行うために求めた工具経路サンプル点を示す説明図である。
【図９】工具経路サンプル点と工具位置との関係を示す説明図である。
【図１０】図１の工具位置データ作成部の詳細動作を示すフローチャートである。
【図１１】現在の工具位置から終点までの距離計算の概念を示す説明図である。
【図１２】曲面上における現在の工具位置から次の工具位置求めるための概念を示す説明図である。
【図１３】図１の工具位置データ数監視部の動作を示すフローチャートである。
【図１４】この発明の他の実施の形態である数値制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１５】図１４の曲面状態評価進行状況監視部の動作を示すフローチャートである。
【図１６】図１４の工具位置データ作成部の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１１ 軌道データ生成部、１２ 入力データ記憶部、２０ 曲面状態評価部、
２１ 工具経路サンプル点決定部、２２ サンプル点データバッファ部、
２３ 曲率算出及び曲率対応速度決定部、２４ 評価データ記憶部、
３０ 工具位置データ作成部、３１ 終点までの距離計算部、
３２ 指令速度決定部、３３ 工具位置決定部、
３４ 工具位置データバッファ部、３５ 工具位置データ数監視部、
６０ 曲面状態評価部、６１ 工具経路サンプル点決定部、
６２ サンプル点データバッファ部、６３ 曲率算出及び曲率対応速度決定部、
６４ 評価データ記憶部、６５ 曲面状態評価進行状況監視部、
７０ 工具位置データ作成部、７１ 終点までの距離計算部、
７２ 指令速度決定部、７３ 工具位置決定部。
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば工作機械の制御に用いられる数値制御装置及び数値制御方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自由曲面の金型の加工を行う際には、従来より、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置を使用して自由曲面に接するようにして仮想的に工具を移動させたときの工具経路を直線、円弧、曲線等の微小線分にて近似して表した工具経路データを作成した後、数値制御工作機械にその工具経路データを与えて切削加工することが行われている。
【０００３】
一般に、数値制御工作機械によって曲面加工を行う場合、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置にて作成される微小線分による工具経路データの数は膨大なものとなる。特に、最近の高速切削による加工では、加工ピックフィードをなるべく小さくして鏡面に近い面を実現し、その後の磨き工程の負担を軽減したり、あるいは省略したりする方法が採られるようになってきている。
【０００４】
このような加工では、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置による工具経路データのデータ数を増やして加工精度を向上させなければならない。このため、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置において作成する工具経路データのデータ数が増大するとともに数値制御装置に渡すデータ数も莫大なものになる。
【０００５】
また、現場では工具摩耗や工具交換によって工具径の補正を必要とすることがある。しかしながら、三次元曲面加工においては、ボールエンドミルで切削することが多く、オフセット量を修正することが難しいため、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置を使って莫大な数の工具経路データを計算し直すことが必要となるため、作業効率が大きく低下する。
【０００６】
上記のような問題点の解決を試みるものとして、例えば特開平１１−１５５１３号公報に記載されたものがある。これは、加工すべき曲面（以下、単に曲面あるいは加工曲面という）を示す曲面データに基づいて金型形状データを生成する金型形状データ生成機能部と、金型形状データから工具経路データを作成する工具経路データ作成機能部とを演算処理装置に設けたものである。そして、金型形状データを金型形状データ生成機能部からオンラインで工具経路データ作成機能部や他の切削装置に出力できる。また、工具経路データの作成と切削加工とを同時並行的に行うことができるものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の数値制御装置においては、金型形状データから工具経路データを作成するので、やはり大量の工具経路データの作成を行わなければならない。また、加工曲面の評価を行っていないので、加工曲面に応じて適切に加工速度、すなわち工具の移動速度を設定して加工の精度を向上させることができない。
【０００８】
さらに、工具位置データの作成が間に合わない場合に、加工途中において工具の移動を停止したり、あるいは工具を退避させたりしなければならなかった。加工の途中において、工具の移動を停止したり、退避させたりすると、その部分が傷状の工具痕跡となって残ることがある。
【０００９】
この発明は上記のような問題点を解決して、次のような数値制御装置を得ること及び数値制御方法を提供することを目的とする。
ａ．従来ＣＡＤ／ＣＡＭ装置から数値制御装置に渡していた工具経路データの作成を省略して処理対象物の処理すべき処理面としての加工対象物の加工面の形状から処理作用部位置としての工具位置を決定できる。
ｂ．処理作用部の条件の変更、具体的には例えば工具摩耗や工具交換による工具径の補正のためにＣＡＤ／ＣＡＭ装置を使って従来の工具経路データを計算し直すことを要しない。
ｃ．処理作用部位置データとしての工具位置のデータの数の増大を抑制しながら、処理面の状態に応じて処理作用部の速度を適切に設定できる。
ｄ．処理途中における処理作用部の停止や退避の発生を防止して、傷状の処理作用部の痕跡等の発生を防ぐことができる。
ｆ．これらにより、生産性を損ねることなく処理の品質を向上させることができる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の数値制御装置においては、数値制御される装置の処理作用部を与えられた経路計画軌跡上において処理対象物の処理すべき処理面と干渉しないように仮想的に配置して処理面の状態を評価するための複数の評価点を設定し評価データを作成する評価手段、並びに評価データに基づき処理作用部を移動させるべき指令速度を決定する指令速度決定手段及び数値制御される装置に与えるべき処理作用部位置を指令速度と処理面の形状とに基づき処理作用部が処理面と干渉しないようにして決定する処理作用部位置決定手段を有する処理作用部位置データ作成手段を備え、評価手段の動作と処理作用部位置データ作成手段の動作とがリアルタイムに行われるものである。
評価データに基づき処理作用部を移動させる指令速度を決定するので、処理面の状態に応じた適切な指令速度を決定することができる。また、処理作用部位置は処理面にちょうど接するように処理作用部を仮想的に配置して決定されるので、作成するデータ量の増加を抑制できる。さらに、評価データの作成と処理作用部位置の決定とがリアルタイムに行われるので、全体の処理時間が短縮される。
【００１１】
そして、処理作用部位置データ作成手段は処理作用部位置のデータを記憶する処理作用部位置データ記憶手段と処理作用部位置データ記憶手段に記憶されたデータ数が所定値以下になったとき減速指令を発する処理作用部位置データ数監視手段とを有するものであり、指令速度決定手段は移動基準速度と減速指令とに基づき指令速度を決定するものであることを特徴とする。
処理作用部位置のデータ数が所定値以下になったとき減速指令を発し、処理作用部速度を減速することにより、処理途中において処理作用部位置の決定が間に合わなくなり処理作用部の移動が停止してしまうのを防止する。
【００１２】
さらに、評価手段は評価点における処理対象物の処理面の曲率とこの曲率に対応する処理作用部の移動基準速度とを評価データとして求めるとともにこの評価データを記憶する評価データ記憶手段及び評価データ記憶手段に記憶された評価データの数が所定値以下になったとき速度制限指令を発する評価進行状況監視手段を有するものであり、指令速度決定手段は移動基準速度と速度制限指令とに基づき指令速度を決定するものであることを特徴とする。
評価データ記憶手段に記憶された評価データの数が所定値以下になったとき速度制限指令を発し、処理作用部速度を制限することにより、処理途中において評価データの作成が間に合わなくなり処理作用部の移動が停止してしまうのを防止する。
【００１３】
また、評価データ記憶手段は経路計画軌跡における所定の始点から所定の終点までごとに区分したセグメント単位にて評価データを記憶するものであり、評価進行状況監視手段は評価データ記憶手段に記憶されたセグメントの単位数が所定値以下になったとき速度制限指令を発するものであることを特徴とする。
評価データ記憶手段に記憶された評価データのセグメントの単位数が所定値以下になったとき速度制限指令を発し、処理作用部速度を制限することにより、セグメントの途中において評価データの作成が間に合わなくなり処理作用部の移動が停止してしまうのを防止する。セグメントの終点は、一般的に処理作用部を一旦停止させても支障ないので、評価データをセグメント単位で扱うことによりセグメントの途中で処理作用部が停止するのを防止する。
【００１４】
そして、本発明の数値制御方法においては、数値制御される装置の処理作用部を与えられた経路計画軌跡上において処理対象物の処理すべき処理面と干渉しないように仮想的に配置して処理面の状態を評価するための複数の評価点を設定し評価データを作成し、評価データに基づき処理作用部を移動させるべき指令速度を決定し、数値制御される装置に与えるべき処理作用部位置を指令速度と処理面の形状とに基づき処理作用部が処理面と干渉しないようにして決定する数値制御方法であって、評価データの作成と処理作用部位置の決定とをリアルタイムに行うものである。
評価データに基づき処理作用部を移動させる指令速度を決定するので、処理面の状態に応じた適切な指令速度を決定することができる。また、処理作用部位置は処理面にちょうど接するように処理作用部を仮想的に配置して決定されるので、作成するデータ量の増加を抑制できる。さらに、評価データの作成と処理作用部位置の決定とがリアルタイムに行われるので、全体の処理時間が短縮される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態の一形態である数値制御装置の構成を示すブロック図である。図１において、軌道データ生成装置１１は、どのような移動モード、つまり加工モードにより曲面加工を行うかにより、数値制御工作機械の工具を移動させるべきＸＹ平面上における経路計画軌跡を規定する軌道データを生成し、軌道データを入力データ記憶装置１２へ出力する。経路計画軌跡の詳細については、後述する。
【００１６】
なお、加工対象物の曲面がこの発明における処理対象物の処理面の一例であり、数値制御される数値制御工作機械がこの発明における数値制御される装置の一例であり、工具がこの発明における数値制御される装置の処理作用部の一例である。
【００１７】
入力データ記憶装置１２は、上記軌道データ生成装置１１により生成された軌道データ、三次元の曲面データ、工具データ、送り速度データ等の数値制御加工に必要な入力データを記憶する。ここで、上記曲面データは加工対象物の加工面の形状を表すものであり、ＮＵＲＢＳ（Ｎｏｎ Ｕｎｉｆｏｒｍｅｄ Ｒａｔｉｏｎａｌ Ｂ−Ｓｐｌｉｎｅ；有理化Ｂスプライン）曲面等がある。このＮＵＲＢＳ曲面の場合には、曲面データとして、階数、ノットベクトル、制御点、重みを入力するが、他の任意の曲面データを用いてもよい。
【００１８】
工具データとしては、ボールエンドミル、フラットエンドミル、ラジアルエンドミル等の工具の種類と、当該工具の工具径等のデータを入力する。送り速度データは工具の送り速度情報である。
【００１９】
曲面状態を評価する評価手段としての手段曲面状態評価部２０は、工具経路サンプル点決定部２１、サンプル点データバッファ部２２、曲率算出及び曲率対応速度決定部２３、評価データ記憶部２４を有する。工具経路サンプル点決定部２１は、曲面データに基づき曲面評価のための評価点としての工具経路サンプル点を決定する。サンプル点データバッファ部２２は工具経路サンプル点決定部２１が決定した工具経路サンプル点を複数個、一時的に記憶する。
【００２０】
なおここに、工具経路サンプル点とは、経路計画軌跡上のサンプリング点のＸ、Ｙ座標上に、工具が曲面にちょうど接するように仮想的に配置したときの工具位置のことを言う（後述の図８のサンプリング点ｓｐ（１），ｓｐ（２），・・・ｓｐ（ｊ）、工具経路サンプル点ｅｐ（１），ｅｐ（２），・・・ｅｐ（ｊ）を参照）。
【００２１】
曲率算出及び曲率対応速度決定部２３は、入力データ記憶部１２に記憶された曲面データに基づきこれから加工しようとする曲面状態、例えば曲面の形状を工具経路サンプル点に対応させて評価し、曲面の各部における曲率及びこの曲率に対応した曲率対応速度を決定する。評価データ記憶部２４は、曲率算出及び曲率対応速度決定部２３にて求めた評価データである曲率及び曲率対応速度を工具経路サンプル点に対応させて記憶する。
【００２２】
処理作用部としての工具位置データ作成部３０は、工具経路サンプル点における曲面対応速度を参照して現在の工具位置における曲率対応速度を決める。曲率対応速度と安全速度（詳細後述）から指定速度を決定し、この指定速度から工具と曲面との干渉回避計算を行った上で、工具位置を順次求める。この工具位置は、所定時間間隔ごとに数値制御装置が出力すべき工具位置を表すＸ，Ｙ，Ｚ軸の座標であり、この工具位置を表す座標の集まりが工具位置データである。
【００２３】
さらに、上記工具位置データ作成部３０の詳細構成を説明する。工具位置データ作成部３０は、終点までの距離計算部３１、指令速度決定部３２、工具位置決定部３３、工具位置データバッファ部３４を有する。終点までの距離計算部３１は、現在の工具位置から終点までの距離を計算する。終点とは、一般的に当該数値制御システムの中で複数の移動指令として扱われる経路計画軌跡の不連続な部分を指す。例えば、後述の図３（ａ）における点ＯＰ２，ＯＰ４，ＯＰ６、図３（ｂ）における点ＯＰ２，ＯＰ３，ＯＰ４等が相当する。
【００２４】
指令速度決定部３２は、現在の工具位置と終点までの距離計算部３１にて算出された終点までの距離から安全速度を算出し、この安全速度と曲面状態評価部２０にて求められた曲率対応速度とを比較して低い方の速度を指令速度として決定する。安全速度とは、工具が終点に至るまでの間に、機械の許容加速度の範囲内で減速して安全に停止しうるために許される最大速度である。
【００２５】
工具位置決定部３３は、指令速度及び曲面データに基づき工具が曲面の加工時に順次たどるべき時系列的な工具の位置座標である工具位置を決定する。工具位置データバッファ部３４は、工具位置決定部３３にて決定された工具位置を一時的に記憶し、必要に応じて図示しないサーボ制御部に送る。
【００２６】
工具位置データ数監視部３５は、工具位置データ作成部３０の工具位置データバッファ部３４内の工具位置のデータの数を監視し、工具位置のデータ数に応じて、指令速度を調整して次の工具位置を決定する（後述の図１０のステップＳ４２〜Ｓ４４を参照）。
工具位置データ作成部３０は、以上のように構成されている。
【００２７】
図示しないサーボ制御部は、工具位置を表すデジタル信号として工具位置データ作成部３０の工具位置データバッファ部３４から受け取った工具位置データに基づき、現在着目している工具位置（以下、現在の工具位置という）の座標と次の工具位置の座標との差から、Ｘ，Ｙ，Ｚそれぞれの軸方向における工具の移動すべき値に相当するパルス数ΔＸ，ΔＹ，ΔＺを計算し、サーボモータを制御する。
【００２８】
上記構成において、曲面状態評価部２０において工具経路サンプル点のデータを作成しながら工具経路サンプル点における曲率と曲率対応速度を求め、工具位置データ作成部３０にて上記曲率対応速度を用いて工具位置データを作成する。以上の動作はリアルタイムに行うが、曲面状態評価部２０における曲率対応速度の決定を、工具位置データ作成部３０における工具位置のデータの作成よりも若干先行させて行う。
【００２９】
次に、動作について説明する。まず、全体の大まかな動作を説明し、次に各部の詳細な動作を説明する。図２は全体の動作を示すフローチャート、図３は加工モードの例を示す説明図、図４は曲面状態評価部の動作を示すフローチャートである。図５は、図４のステップＳ３１の工具経路サンプル点を求める詳細を示すフローチャートである。
【００３０】
図６は曲面上における現在の工具経路サンプル点から距離ΔＬだけ離れた次の工具経路サンプル点を求めるための概念を示す説明図であり、図６（ａ）はＹＺ平面、図６（ｂ）はＸＹ平面について示したものである。図７は、工具干渉回避計算の一例を示す説明図である。図８は曲面の評価を行うために求めた工具経路サンプル点を示す説明図、図９は工具経路サンプル点と工具位置との関係を示す説明図である。
【００３１】
以下、図２のフローチャートにより全体の動作を説明し、図４のフローチャートにより図４のステップＳ３の詳細動作を説明し、図５のフローチャートにて図４のステップＳ３１の詳細動作を説明する。さらに、図１０のフローチャートにて図４のステップＳ４の詳細動作を説明する。
【００３２】
まず、図２のフローチャートにより全体の動作を説明する。
ステップＳ１において、軌道データ生成部１１は、与えられた加工モードに基づき軌道データを生成する。曲面を加工するためには、加工モードを設定しておく必要があり、ステップＳ１ではこの設定された加工モードより軌道データを生成する。
【００３３】
経路計画軌跡は、加工モードに応じてＸＹ平面上の軌跡として与えられ、工具はこの経路計画軌跡に沿って移動する。加工モードとしては、ジグザグ加工モード、渦巻き加工モード、スプライン加工モード、円弧加工モード等がある。
【００３４】
図３はそのような加工モードを示すものであり、図３（ａ）にＸＹ平面上でジグザグに定義した経路計画軌跡によるジグザグ加工モードの例を、図３（ｂ）にＸＹ平面上で渦巻き状に定義した経路計画軌跡による渦巻き加工モードの例を示す。
【００３５】
経路計画軌跡は、ピッチ等のデータを与えて加工モードを設定すれば、例えば図３（ａ）あるいは図３（ｂ）の点ＯＰ１から点ＯＰ２、点ＯＰ２から点ＯＰ３、点ＯＰ３から点ＯＰ４、・・・・というように、ＸＹ平面上の軌道として求められる。
【００３６】
入力データ記憶部１２は、軌道データ生成部１１から入力された軌道データ、曲面データ、工具データ、送り速度データ等の入力データを記憶する（ステップＳ２）。曲面状態評価部２０は、入力データ記憶部１２に記憶された曲面データに基づきこれから加工しようとする曲面状態を評価し、工具経路サンプル点を設定し、その工具経路サンプル点における評価データである曲率及び曲率対応速度を決定し、記憶する（ステップＳ３）。
【００３７】
図４のステップＳ３１において、経路計画軌跡に対応させて曲面を評価するための工具経路サンプル点を求める。このステップＳ３１については、後で詳細に説明する。
上記のようにして得られた工具経路サンプル点はサンプル点データバッファ部２２に一時的に記憶される（ステップＳ３２）。
【００３８】
次に、サンプル点データバッファ部２２に記憶された工具経路サンプル点の中から連続する３点を取り出し、この３点を通る円弧の曲率を算出し（ステップＳ３３）、この曲率に対応する曲率対応速度を求め（ステップＳ３４）、曲率及び曲率対応速度を記憶する（ステップＳ３５）。この動作を全サンプリング点分が完了するまで繰り返す（ステップＳ３６）。
【００３９】
上記ステップＳ３４における曲率対応速度は、曲率に応じて予め定められた速度を曲率対速度のテーブルを参照して求める。曲率対応速度は、曲率が大きいときは遅い速度で、曲率が小さいときは速い速度で通過するように曲率に対応させて予め定められたものである。なお、テーブルの代わりに、計算式を用いて求めるようにしてもよい。
【００４０】
なお、曲面状態の評価は、後述する工具位置データの作成に若干先行して、かつ同時並行的に行われ、評価結果はリアルタイムで曲面状態評価部２０から工具位置データ作成部３０へ送られる。
【００４１】
図４のステップＳ３１の詳細動作は図５のフローチャートに示す通りである。すなわち、図５のステップＳ３１１において、サンプリング候補点ｑ１を求める。ここで、図６（ｂ）に示すように、現在のサンプリング点はＸＹ平面における経路計画軌跡ＴＲＪ（この例では、直線である）上の点ｓｐ（ｊ）にあり、そのときの三次元空間における工具経路サンプル点は点ｅｐ（ｊ）であるとする。
そして、経路計画軌跡ＴＲＪ上に現在のサンプリング点ｓｐ（ｊ）から所定の距離ΔＬ離れたサンプリング候補点ｑ１を求める（図５のステップＳ３１１）。
【００４２】
次に、上記ステップＳ３１１で求めたサンプリング候補点ｑ１のＸ，Ｙ軸座標に、工具Ｔが曲面Ｓと干渉せずちょうど曲面Ｓに接するように、図６（ａ）における上方より仮想的に配置して、工具回避計算を行う（ステップＳ３１２）。このときの工具位置を工具経路サンプル候補点ｅｑ１と称することにする。
【００４３】
ステップＳ３１２における工具干渉回避計算の詳細は次の通りである。図７は、工具干渉回避計算の一般的な方法の概念を示す説明図である。この干渉回避計算の問題は、Ｘ，Ｙ軸座標を与えて工具ＴをそのＸ，Ｙ軸座標において曲面Ｓの上方に配置し、徐々に曲面Ｓに向かって工具を下ろしていったときに、最初に曲面Ｓに接触するＺ軸座標を求める問題である。
【００４４】
図７（ａ）に示すように、対象とする曲面Ｓに工具Ｔを仮想的に投影して、工具Ｔが投影された曲面Ｓ上の多数のサンプル点ｔｓｈ（図７（ａ）では簡単のために正方形のメッシュで表している）と工具Ｔとの干渉をチェックし、工具Ｔが曲面Ｓと接するときの工具の中心である工具位置ｅｐ（ｊ）の座標を求めることにより、工具が曲面に干渉しないようにできる。
このような方法により、工具が曲面と干渉しないようにして求めたものが工具経路サンプル候補点ｅｑ１である。
【００４５】
次に、ステップＳ３１３において、現在の工具位置ｅｐ（ｊ）と工具経路サンプル候補点ｅｑ１との三次元空間における距離ΔＬｔを算出する。そして、距離ΔＬｔとステップＳ３１１で用いた距離ΔＬとの差が、あらかじめ定められた所定の微小値ε以下か否か判定する（ステップＳ３１４）。その結果、距離ΔＬｔとΔＬとの差が微小値ε以下であれば、工具経路サンプル候補点ｅｑ１を次の工具経路サンプル点ｅｐ（ｊ＋１）として決定する（ステップＳ３１５）。
【００４６】
一方、距離ΔＬｔとΔＬとの差が微小値εを超えるならば、距離ΔＬｔは採用するには離れすぎているので、ＸＹ平面の経路計画軌跡ＴＲＪ上において、例えば点ｑ１よりももっと点ｓｐ（ｊ）に近い別のサンプリング候補点ｑ２に変更し（ステップＳ３１６）、ステップＳ３１２へ戻る。そして、ステップＳ３１２〜Ｓ３１４を実行して微小値εよりも小さい工具経路サンプル候補点ｅｑ２を見つけ、この工具経路サンプル候補点ｅｑ２を工具経路サンプル点に決定する（ステップＳ３１５）。
【００４７】
なお、ＸＹ平面の経路計画軌跡ＴＲＪ上において別のサンプリング候補点ｑ２を求めるには、例えば二分法を用いればよい。以上のような計算によって、距離ΔＬにもっとも近い点ｅｑ１あるいは点ｅｑ２が次のサンプリング点として得られる。
以上が工具経路サンプル点決定部２１によるステップＳ３１（図４）の動作であり、上記のようにして曲面状態を評価するための工具経路サンプル点が得られる。この工具経路サンプル点を得る過程は、後述の工具位置を求める過程と全く同様のものである。
以上が、図３のステップＳ３の曲面状態の評価、曲率の算出及び曲率対応速度の決定の詳細動作である。
【００４８】
図８は、上述のようにして経路計画軌跡ＴＲＪ上のサンプリング点ｓｐ（１），ｓｐ（２），・・・ｓｐ（ｊ）及び曲面状態を評価するための工具経路サンプル点ｅｐ（１），ｅｐ（２），・・・ｅｐ（ｊ）を求めたものである。なお、図中、Ｔは工具、ｅｃは工具経路サンプル点間を直線で結んだ評価曲線である。
【００４９】
なお、工具と曲面との干渉回避の方法としては、上述したような方法の他に、図７（ｂ）に示すように曲面Ｓのオフセット曲面Ｓｏｆｓｔを求めておき、工具Ｔの中心位置ｅｐ（ｊ）の座標をこのオフセット曲面Ｓｏｆｓｔから得ることにより、工具が曲面に干渉しないようにすることもできる。
【００５０】
さらに、他の干渉回避の方法として、例えば特開平６−８３４２２号公報に記載された方法を用いることもできる。この方法は、概略次の通りである。まず、加工曲面の包含球ツリーを用いて工具に干渉する曲面を細分割したものである曲面パッチを大ざっぱに抽出する。
【００５１】
次に、抽出された曲面パッチを細分割しながら曲面パッチを近似する双一次パッチによる干渉チェックを用いて、干渉する、より細かな曲面パッチの抽出を行う。この処理を曲面パッチが十分平坦な曲面パッチに細分割されるまで行い、得られた平面パッチについて工具との干渉回避計算を行う。
【００５２】
次に、図２のステップＳ４における工具位置データ作成部３０の詳細動作を、図１０のフローチャート及び図１１の現在の工具位置から終点までの距離計算の概念を示す説明図により説明する。図１０のフローチャートにおいて、工具速度の減速フラグＦＤ＿ＦＬＧ（詳細後述）が１か否かを判定する（ステップＳ４１）。なお、最初は初期化により工具速度の減速フラグＦＤ＿ＦＬＧ＝１に設定されている。
【００５３】
ＦＤ＿ＦＬＧ＝１ならば、オーバライド率Ｒｏｖｒを次の算式にて算出する（ステップＳ４２）。
Ｒｏｖｒ＝（Ｎ−Ｎｍｉｎ）／（Ｎｍａｘ−Ｎｍｉｎ）
【００５４】
ここに、Ｎは、工具位置データバッファ部３４内の工具位置のデータ数、
Ｎｍｉｎは、工具位置の算出開始、すなわち工具の移動（加工開始）命令を発するために工具位置データバッファ部３４が蓄積しておくべき工具位置の最小限のデータ数、
Ｎｍａｘは、工具の移動速度を通常の状態に戻して良いとする工具位置データバッファ部３４内の工具位置のデータ数、
であり、Ｒｏｖｒは工具位置のデータのストックの余裕度を表している。
【００５５】
工具速度の減速フラグＦＤ＿ＦＬＧ＝１でなければ、工具位置データバッファ部３４内の工具位置のデータ数が十分あり工具速度の減速の必要なしとして、オーバライド率Ｒｏｖｒ＝１に設定し（ステップＳ４３）、ステップＳ４４へ行く。
【００５６】
ステップＳ４４において、先に曲面状態が評価され評価データ記憶部２４に記憶されている工具経路サンプル点における曲率対応速度を参照して、現在の工具位置における曲率対応速度Ｆｃを求める。この曲率対応速度Ｆｃは、評価データ記憶部２４に記憶された曲率対応速度に基づいて経路計画軌跡上の現在の工具位置を媒介変数にして求めることになる。一般的に、図９に示すように先に設定した工具経路サンプル点ｅｐ（ｊ）と、工具位置ｔｐ（ｋ）とは、一致しない。従って、現在の工具位置を挟んで最も近い二つの工具経路サンプル点から補間法により曲率対応速度Ｆｃを求める。
【００５７】
そして、この曲率対応速度Ｆｃにオーバライド率Ｒｏｖｒを乗じて設定速度Ｖｃｏｍ＝Ｆｃ・Ｒｏｖｒを求める（ステップＳ４５）。この設定速度Ｖｃｏｍと後述の安全速度とを比較して小さい方の速度を指令速度Ｆに決定する（ステップＳ４６）。
【００５８】
オーバライド率Ｒｏｖｒが小さいということは、工具位置データバッファ部３４中の工具位置のデータのストックが少ないことを意味する。このため、加工途中において工具位置のデータが不足して出力されなくなり工具の移動が停止するおそれがあるので、これを避けるためにＶｃｏｍを小さくして、指令速度を下げるわけである。
【００５９】
この指令速度Ｆと入力データ記憶部１２に記憶された曲面データとに基づき、工具が曲面と干渉しないように工具干渉回避計算を行ってから工具位置を求め（ステップＳ４７）、求めた工具位置のデータを工具位置データバッファ部３４に収容する（ステップＳ４８）。
【００６０】
ところで、上述のステップＳ４６にて用いられる安全速度は、次のようにして求める。すなわち、終点までの距離計算部３１は入力データ記憶部１２に記憶された曲面データに基づき、現在の工具位置から経路計画軌跡の終点位置に対応する曲面上の終点までの距離Ｌｅを計算する。経路計画軌跡は、当該数値制御システムの中で複数の移動指令として扱われ、この経路計画軌跡が不連続の部分（例えば、図３（ａ）のＯＰ２，ＯＰ４，ＯＰ６等）は一般に終点位置として扱われる。
【００６１】
ここで、図１１は現在の工具位置から終点までの距離計算の概念を示す説明図であるが、この図１１において、ＸＹ平面上の点ＯＰ１から点ＯＰ２までの経路計画軌跡ＴＲＪが求められているものとする。このとき、この経路計画軌跡ＴＲＪを曲面Ｓ上に投影したものが曲線ＣＶであり、その始点をＳＰ、終点をＥＰとする。
【００６２】
経路計画軌跡ＴＲＪ上のＸ，Ｙ軸座標を与えて曲線ＣＶ上の点を容易に求めることができる。工具Ｔは、点ＯＰ１に対応する始点ＳＰから、点ＯＰ２に対応する終点ＥＰまでの曲線ＣＶ上を走行することになる。従って、この工具Ｔの中心位置ｔｐ（ｋ）のＸ，Ｙ軸の座標は、点ＯＰ１から点ＯＰ２までの経路計画軌跡ＴＲＪ上にあるとともに始点ＳＰから終点ＥＰまでの曲線ＣＶ上にあり、かつ工具Ｔは曲面Ｓと接するように配置される。
【００６３】
なお、図１１において、工具の現在位置をｔｐ（ｋ）、工具Ｔを曲線ＣＶの終点ＥＰ上に配置した時の工具位置をｔｐ（ｅｎｄ）とする。まず、これら工具位置ｔｐ（ｋ）とｔｐ（ｅｎｄ）との間の距離Ｌｅを計算する。
【００６４】
次に、終点ＥＰに至るまでに安全に停止できるか否かを、現在の速度指令Ｖｃｏｍと工作機械の許容加速度Ｂから、次の式を用いて判定する。
Ｖｃｏｍ ＜√（２Ｌｅ・Ｂ）
【００６５】
判定の結果、上記条件を満たしていなければ、終点において安全に停止できないことになるので、次の式から算出された安全速度Ｖｏｕｔに工具速度を減速しなければならない。安全速度Ｖｏｕｔは、現在の工具位置から終点に至るまでの間に、許容加速度の範囲内で工具速度を減速して安全に停止するために許される現在の工具位置における最大許容速度である。
Ｖｏｕｔ＝√（２Ｌｅ・Ｂ）
そして、現在の速度指令Ｖｃｏｍあるいは安全速度Ｖｏｕｔのうち、小さい方を指令速度Ｆに決定する。
【００６６】
次に、図１０のフローチャートにおけるステップＳ４７において、工具位置回避計算を行って工具位置を決定する。この工具位置の決定は、従来のように曲面データに対応した工具経路データを作成し、この工具経路データに基づき数値制御装置が工具位置を補間して算出するのではなく、曲面データに基づき工具位置を補間することなく求める。
【００６７】
まず、図１０のステップＳ４７において、工具位置決定部３３が次のように動作して工具位置を決定する。すなわち、ステップＳ４６にて決定された指令速度Ｆと、サンプリング間隔ΔＴによって決定される距離ΔＤ＝Ｆ・ΔＴを算出する。次の工具位置は、先に述べた図５のステップＳ３１２において工具経路サンプル点を求めたときと同様にして工具の干渉回避計算を行った上で、距離ΔＤだけ離れた点に最終決定されることになる。
【００６８】
以下、図５のステップＳ３１３〜ステップＳ３１６において工具経路サンプル点を求めたのと全く同様の方法により、工具位置を求めることができる。図１２は、曲面上における現在の工具位置から次の工具位置求めるための概念を示す説明図であるが、図１２（ｂ）において、ＸＹ平面上の経路計画軌跡ＴＲＪ上で現在の工具位置の点ｐ（ｋ）から距離ΔＤだけ離れた仮の候補点ｗ１を求める。この仮の候補点ｗ１のＸ，Ｙ軸座標に、工具が曲面と干渉せずちょうど曲面に接するように、図１２（ａ）における上方より仮想的に配置したときの工具位置ｔｗ１を工具位置候補点に定める。
【００６９】
次に、図１２（ａ）における現在の工具位置ｔｐ（ｋ）と工具位置候補点ｔｗ１との三次元空間における距離ΔＤｔを算出する。そして、距離ΔＤｔと距離ΔＤとの差が、あらかじめ定められた所定の微小値ｅ以下か否か判定する。その結果、距離ΔＤｔとΔＤとの差が微小値ｅ以下であれば、その工具位置候補点ｔｗ１を次の工具位置ｔｐ（ｋ＋１）として決定する。
【００７０】
一方、距離ΔＤｔとΔＤとの差が微小値ｅを超えるならば、距離ΔＤｔは採用するには離れすぎているので、例えばＸＹ平面の経路計画軌跡ＴＲＪ上において現在の仮の候補点ｗ１よりももっと近い別の仮の候補点ｗ２に変更し、再び現在の工具位置ｔｐ（ｋ）と工具位置候補点ｔｗ２との三次元空間における距離ΔＤｔを算出して工具位置候補点を求め、微小値ｅよりも小さい工具位置候補点を見つけ、次の工具位置ｔｐ（ｋ＋１）に決定する。
【００７１】
以上が工具位置決定部３３の動作であり、上述のようにして得られた工具位置のデータが、図示しないサーボ制御部に送られ、数値制御工作機械が制御される。
なお、上述の工具の干渉回避の計算方法については、図５のステップＳ３１２において工具経路サンプル候補点を求めるときに行ったのと同様の方法にて行うことができる。
【００７２】
ところで、工具経路サンプル点の決定、曲率や曲率対応速度の決定、工具位置の決定等に時間がかかり、工具位置データバッファ部３４内の工具位置のデータのストックが無くなると、数値制御工作機械に工具位置のデータを出力できなくなり、工具の移動が停止する。この工具の停止により、加工対象物に傷状の工具痕跡が発生することがある。これを防止するために、工具位置データ数監視部３５は次のような動作をし、加工途中における不要な工具の停止を防止する。
【００７３】
すなわち、図１３のフローチャートにおいて、工具位置データバッファ部３４内の工具位置のデータ数Ｎが許容最低値Ｎｍｉｎよりも多いかどうかを判定する（ステップＳ５１）。データ数Ｎが許容最低値Ｎｍｉｎよりも多ければ、加工途中に工具位置の決定が間に合わなくなり加工が停止するおそれはない、と判断して、ステップＳ５２に行く。データ数Ｎが許容最低値Ｎｍｉｎよりも少なければ、加工途中で工具位置のデータが間に合わなくなるおそれがあるで、許容最低値Ｎｍｉｎを超えるまで待つ（ステップＳ５１）。
【００７４】
次に、ステップＳ５２において、工具位置データバッファ部３４内の工具位置のデータ数Ｎが所定の値Ｎｍａｘ（Ｎｍａｘ＞Ｎｍｉｎ）よりも少なければ、工具位置のストックが不足気味であるので、加工途中での停止の危険性を避けるために工具速度の減速フラグＦＤ＿ＦＬＧ＝１に設定し（ステップＳ５３）、ステップＳ５５へ行く。
【００７５】
ステップＳ５２において、工具位置データバッファ部３４内の工具位置のデータ数Ｎが所定の値Ｎｍａｘよりも多くなれば、工具速度を減速しなくても工具位置のデータのストックが十分あるので、工具速度の減速は不要と判断して、工具速度の減速フラグＦＤ＿ＦＬＧ＝０に設定し（ステップＳ５４）、ステップＳ５５へ行く。なお、この減速フラグＦＤ＿ＦＬＧは、先に説明した図１０のフローチャート中のステップＳ４１にて用いられ、オーバライド率を選択するためのものである。
【００７６】
そして、ステップＳ５５において、工具位置データバッファ部３４内の工具位置のデータを１個、サーボ制御部へ送り出すように指令する。
工具位置データ数監視部３５は、以上のような動作を加工すべき工具位置のデータがなくなるまで繰り返す。
【００７７】
実施の形態２．
図１４、図１５は、この発明の他の実施の形態を示すもので、図１４は数値制御装置の構成を示すブロック図、図１５は曲面状態評価進行状況監視部の動作を示すフローチャートである。図１４において、曲面状態評価部６０は、工具経路サンプル点決定部６１、サンプル点データバッファ部６２、曲率算出及び曲率対応速度決定部６３、評価データ記憶部６４、曲面状態評価進行状況監視部６５を有する。
【００７８】
工具経路サンプル点決定部６１は、入力データ記憶部１２に記憶された曲面データに基づき曲面評価のための工具経路サンプル点をセグメント単位に区分けして決定する。サンプル点データバッファ部６２は工具経路サンプル点決定部６１が決定した工具経路サンプル点をセグメント単位にまとめた形で、一時的に記憶する。
【００７９】
曲率算出及び曲率対応速度決定部６３は、入力データ記憶部１２に記憶された曲面データに基づきこれから加工しようとする曲面状態を経路計画軌跡に対応させてかつセグメント単位に分けて評価して工具経路サンプル点に対応した曲率及び曲率対応速度を求める。評価データ記憶部６４は、工具経路サンプル点における評価データである曲率及び曲率対応速度を工具経路サンプル点に対応させてセグメント単位にまとめた形で記憶する。
【００８０】
ここに、セグメントとは、直線、円弧、曲線等にて定義され、所定の始点及び終点を有し、経路計画軌跡を構成しているものである。ここでは、セグメントを上述のようにデータの区切りの単位にしている。例えば、図２（ａ）におけるＸＹ平面上の線分ＯＰ１−ＯＰ２，ＯＰ３−ＯＰ４、図１２（ｂ）におけるＸＹ平面上の始点ＯＰ１と終点ＯＰ２を有する経路計画軌跡ＴＲＪ等が、このセグメントに相当する。
【００８１】
曲面状態評価進行状況監視部６５は、曲面状態評価部６０の評価データ記憶部６４に記憶されているセグメント単位の工具経路サンプル点のデータ数をセグメント単位で監視し、後述の工具位置データ作成部７０の指令速度決定部７２における指令速度を制御する。
以上が、曲面状態評価部６０の構成である。
【００８２】
このように、セグメント単位で工具経路サンプル点で扱うのは、詳細は後述するが、次の理由による。すなわち、リアルタイムで設定する工具経路サンプル点の設定が遅れたため、後工程の工具位置のデータの決定が間に合わなくなったとき、工具位置のデータが出力されず工具の移動が停止する。セグメント単位で各データを扱っておけば、セグメントの途中で工具位置のデータの供給が停止し、工具の移動が停止することを防止できる。また、一般にセグメントの終点では工具速度を零にしても、すなわち加工を一時的に停止しても工具痕跡等が残り加工品質を損ねるおそれが少ないからである。
【００８３】
工具位置データ作成部７０は、終点までの距離計算部７１、指令速度決定部７２、工具位置決定部７３を有し、これから求めようとする工具位置における曲面対応速度と安全速度から指令速度を決定し、この指令速度から工具と曲面との干渉回避計算を行った上で工具位置を順次求める。工具位置は所定時間間隔ごとに数値制御装置が出力すべき工具位置を表す座標であり、工具位置データは工具位置を表す座標の集まりである。
【００８４】
ここで、上記工具位置データ作成部７０の詳細構成を説明する。工具位置データ作成部７０は、終点までの距離計算部７１、指令速度決定部７２、工具位置決定部７３を有する。終点までの距離計算部７１は、現在の工具位置から終点までの距離を計算する。指令速度決定部７２は、現在の工具位置と終点までの距離計算部７１にて算出された終点までの距離から制限速度を算出し、この制限速度と曲面状態評価部６０にて求められた曲率対応速度とを比較して、低い方を指令速度として決定する。
【００８５】
工具位置決定部７３は、指令速度及び曲面データに基づき工具が曲面の加工時に順次たどるべき時系列的な工具の位置座標である工具位置を決定する。
工具位置データ作成部７０は、以上のように構成されている。
【００８６】
つぎに、動作について説明する。
曲面状態評価部６０の工具経路サンプル点決定部６１は、まず経路計画軌跡を適宜分割して、一般には始点と終点を一区切りにしてセグメントを設定する。このセグメントは、前述のように例えば図４（ａ）におけるＸＹ平面上の線分ＯＰ１−ＯＰ２，ＯＰ３−ＯＰ４等のごとくである。次に、当該セグメント上にサンプリング点を設定し、このサンプリング点に対応させて曲面と干渉しないように仮想的に工具を配置して、工具経路サンプル点を求める。
【００８７】
この求めた工具経路サンプル点から所定距離ΔＤ離れた次の工具経路サンプル点を工具と曲面とが干渉しないようにして求める。求めた次の工具経路サンプル点はサンプル点データバッファ部６２に順次蓄える。この工具経路サンプル点の決定の過程は、実施の形態１において説明した工具経路サンプル点の決定方法と同様である。
【００８８】
サンプル点データバッファ部６２内の工具経路サンプル点の中から連続する３点を順次取りだし、この３点を通る円弧の曲率及びこの曲率に対応して予め定められた曲率対応速度を求めて、評価データ記憶部６４に記憶する。この動作を当該セグメント分が完了するまで繰り返し、評価データ記憶部６４に逐次記憶する。さらに、次のセグメントについて同様に各工具経路サンプル点における曲率を算出し、全てのセグメントについて曲率及び曲率対応速度の決定が完了すれば処理を終了する。
【００８９】
次に、曲面状態評価進行状況監視部６５の詳細動作を図１５のフローチャートにより説明する。曲面状態評価進行状況監視部６５は、まず曲面状態評価部６０の評価データ記憶部６４に記憶されているセグメントの番号及びセグメントの残数が所定値以上あるか確認する（ステップＳ８１）。
【００９０】
セグメント数が所定値未満であれば、曲面状態の評価の進行が遅れているので、工具速度の減速フラグＦＬＧを１にセットして（ステップＳ８２）、ステップＳ８４へ進む。セグメント数が所定値以上であれば、工具速度の減速フラグＦＬＧを０にセットして（ステップＳ８３）、ステップＳ８４へ進む。
【００９１】
ステップＳ８４において、工具位置データ作成部７０へフラグＦＬＧの状態を出力する。このフラグＦＬＧの状態の出力に合わせて工具位置データ作成部７０は、工具位置の算出を開始する。曲面状態評価進行状況監視部６５は、工具位置データ作成部７０における当該セグメント番号Ｓの工具位置データの作成が終了するまで評価データ記憶部６４中のセグメント数の確認して次のフラグの状態を出力するのを待つ（ステップＳ８５）。
【００９２】
工具位置データ作成部７０における当該セグメント番号Ｓの全ての工具位置データの作成が終了すれば、ステップＳ８６，Ｓ８７を経てステップＳ８１に戻り、評価データ記憶部６４中のセグメント数の確認、フラグの状態の出力を行う。なお、評価データ記憶部６４中のセグメント単位の工具経路サンプル点は、工具位置データ作成部７０の指令速度決定部７２において、指令速度を決定するために用いられた後、消去される。
以上が、図１４の曲面状態評価部６０の詳細動作である。
【００９３】
次に、図１４の工具位置データ作成部７０の動作を、図１６のフローチャートにより説明する。まず、終点までの距離計算部７１は図１の終点までの距離計算部３１と同様に現在の工具位置から終点までの距離を計算する。指令速度決定部７２は曲面状態評価進行状況監視部６５から送られてきたデータ中のフラグＦＬＧの状態が１か０を判定し（ステップＳ９１）、ＦＬＧ＝１ならばオーバライド率Ｒｏｖｒを、送られてきたセグメント番号を用いて、次の算式にて算出する。
Ｒｏｖｒ＝（Ｓ−Ｓｃ）／Ｍ
【００９４】
ここに、Ｓは曲面状態評価部６０にて曲面状態の評価が終了済のセグメント番号、
Ｓｃは現在工具位置データ作成部７０にて既に工具位置データの作成が終了したセグメント番号、
Ｍは所定の、例えば５程度の整数、
であり、（Ｓ−Ｓｃ）／Ｍは曲面状態の評価の進捗の先行度、つまり余裕度を表している。
【００９５】
減速フラグＦＬＧ＝０ならば、工具速度の減速を要しないとしてオーバライド率Ｒｏｖｒ＝１に設定し、ステップＳ９４へ行く（ステップＳ９３）。ステップＳ９４において、現在の工具位置の曲率から曲率対応速度Ｆｃを求める。曲率対応速度Ｆｃは、若干先行して曲面状態評価部６０にて作成される評価データに基づいて、図１０のステップＳ４４におけるのと同様にして求める。
【００９６】
以下、ステップＳ９５ないしステップＳ９７の動作は、図１０のステップＳ４５ないしステップＳ４７の動作と同様であり、指令速度、工具位置が決定され、出力される。但し、この実施の形態においては、工具位置データ作成部７０には工具位置データバッファを設けず、求められた工具位置データをサーボ制御部に直接送出するようにしている。もちろん、必要に応じてデータバッファを設けてもよい。
【００９７】
また、図１４の実施の形態においては、曲面状態の評価データの残数をセグメント単位で確認し、減速フラグの状態を設定するものを示したが、セグメントにとらわれず評価データのストック数（残数）に応じて減速フラグの状態を設定するようにすることもできる。
【００９８】
上記実施の形態において、数値制御装置は、一般的には一つのマイクロプロセッサを有するマイクロコンピュータにより実現することができるが、複数のマイクロプロセッサを有するものを用いて、例えば軌道データの生成と入力データの記憶、曲面状態の評価、指令速度の決定、工具位置の決定等の各タスクを分担させ、リアルタイムに同時並行的に行うようにすることもできる。
【００９９】
そして、このように複数のタスクを同時並行的に実施する場合に、上記のように工具位置のデータ数や評価データのストック数を監視して工具の速度を制御すれば、各タスクの跛行により加工途中で工具が停止するを効果的に防止できる。
【０１００】
また、上記実施の形態では、曲面状態評価装置２０は工具が加工面に当接するようにかつ次の評価点までの距離をΔＬ一定となるようにして工具を仮想的に配置し各評価点を求めるものを示したが、データ処理速度を高めるために例えば図６（ｂ）の経路計画軌跡ＴＲＪ上に等間隔に評価点を設定して評価データを求めるようにすることもできる。また、評価点の間隔ΔＬを工具の送り距離ΔＤ＝Ｆ・ΔＴよりもかなり小さく設定して評価の精度を上げることもできる。
【０１０１】
以上のように、各実施の形態において、加工すべき曲面状態の評価を行い、またこの評価結果に基づき工具速度を適切に設定するようにした。さらに、加工すべき曲面に基づいて直接工具位置を求めるようにした。従って、曲面状態に応じて適切な加工速度で加工でき、加工品質を向上させることができる。なお、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置にて従来作成していた工具経路データの作成を省略でき、生産性が向上する。
【０１０２】
また、曲面状態評価部２０による曲面状態の評価と、工具位置データ作成部３０による工具位置の決定とを、曲面状態評価部２０による曲面状態の評価を若干先行させリアルタイムに行うようにしたので、曲面状態評価部２０の評価データ記憶部２４や曲面状態評価部６０の評価データ記憶部６４の容量は小さいもので済み、装置が安価なものとなる。また、全体の処理時間を短縮でき、生産性を向上させることができる。
【０１０３】
そして、工具位置データ数監視部３５や曲面状態評価進行状況監視部６５を設けて、工具位置データや評価データの作成が間に合わなくなるおそれがあるときは、工具の移動速度を減速するようにしたので、加工途中において不要な工具の停止を避け、工具の停止に伴う工具痕跡の発生等を防止できる。
【０１０４】
上記各実施の形態においては、数値制御される装置の処理作用部が数値制御工作機械の工具であるものを示したが、本発明は工作機械の数値制御装置に限らず、ロボット装置等の数値制御装置に用いることができ、同様の効果を奏する。ロボット装置として、例えば処理作用部として砥石を用いて処理すべき処理面の仕上げ処理を行うもの等がある。
【０１０５】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載するような効果を奏する。
【０１０６】
本発明の数値制御装置においては、数値制御される装置の処理作用部を与えられた経路計画軌跡上において処理対象物の処理すべき処理面と干渉しないように仮想的に配置して処理面の状態を評価するための複数の評価点を設定し評価データを作成する評価手段、並びに評価データに基づき処理作用部を移動させるべき指令速度を決定する指令速度決定手段及び数値制御される装置に与えるべき処理作用部位置を指令速度と処理面の形状とに基づき処理作用部が処理面と干渉しないようにして決定する処理作用部位置決定手段を有する処理作用部位置データ作成手段を備え、評価手段の動作と処理作用部位置データ作成手段の動作とがリアルタイムに行われるものであるので、評価データに基づき処理作用部を移動させる指令速度を決定するので、処理面の状態に応じた適切な指令速度を決定することができる。また、処理作用部位置は処理面にちょうど接するように処理作用部を仮想的に配置して決定されるので、作成するデータ量の増加を抑制できる。さらに、評価データの作成と処理作用部位置の決定とがリアルタイムに行われるので、全体の処理時間が短縮される。よって、生産性を損ねることなく処理の品質を向上させることができる。
【０１０７】
そして、処理作用部位置データ作成手段は処理作用部位置のデータを記憶する処理作用部位置データ記憶手段と処理作用部位置データ記憶手段に記憶されたデータ数が所定値以下になったとき減速指令を発する処理作用部位置データ数監視手段とを有するものであり、指令速度決定手段は移動基準速度と減速指令とに基づき指令速度を決定するものであることを特徴とするので、処理作用部位置のデータ数が所定値以下になったとき減速指令を発し、処理作用部速度を減速することにより、処理途中において処理作用部位置の決定が間に合わなくなり処理作用部の移動が停止してしまうのを防ぐことにより、工具の停止による傷状の工具痕跡等の発生を防止できる。
【０１０８】
さらに、評価手段は評価点における処理対象物の処理面の曲率とこの曲率に対応する処理作用部の移動基準速度とを評価データとして求めるとともにこの評価データを記憶する評価データ記憶手段及び評価データ記憶手段に記憶された評価データの数が所定値以下になったとき速度制限指令を発する評価進行状況監視手段を有するものであり、指令速度決定手段は移動基準速度と速度制限指令とに基づき指令速度を決定するものであることを特徴とするので、評価データ記憶手段に記憶された評価データの数が所定値以下になったとき速度制限指令を発し、処理作用部速度を制限することにより、処理途中において評価データの作成が間に合わなくなり処理作用部の移動が停止してしまうのを防ぐことにより、工具の停止による傷状の工具痕跡等の発生を防止できる。
【０１０９】
また、評価データ記憶手段は経路計画軌跡における所定の始点から所定の終点までごとに区分したセグメント単位にて評価データを記憶するものであり、評価進行状況監視手段は評価データ記憶手段に記憶されたセグメントの単位数が所定値以下になったとき速度制限指令を発するものであることを特徴とするので、評価データ記憶手段に記憶された評価データのセグメントの単位数が所定値以下になったとき速度制限指令を発し、処理作用部速度を制限することにより、セグメントの途中において評価データの作成が間に合わなくなり処理作用部の移動が停止してしまうのを防止する。さらに、セグメントの終点は、一般的に処理作用部を一旦停止させても支障ないので、評価データをセグメント単位で扱うことによりセグメントの途中で処理作用部が停止するのを防止する。セグメントの途中における工具の停止を防ぐことにより、工具の停止による傷状の工具痕跡等の発生を防止できる。
【０１１０】
そして、本発明の数値制御方法においては、数値制御される装置の処理作用部を与えられた経路計画軌跡上において処理対象物の処理すべき処理面と干渉しないように仮想的に配置して処理面の状態を評価するための複数の評価点を設定し評価データを作成し、評価データに基づき処理作用部を移動させるべき指令速度を決定し、数値制御される装置に与えるべき処理作用部位置を指令速度と処理面の形状とに基づき処理作用部が処理面と干渉しないようにして決定する数値制御方法であって、評価データの作成と処理作用部位置の決定とがリアルタイムに行われるものであるので、評価データに基づき処理作用部を移動させる指令速度を決定するので、処理面の状態に応じた適切な指令速度を決定することができる。また、処理作用部位置は処理面にちょうど接するように処理作用部を仮想的に配置して決定されるので、作成するデータ量の増加を抑制できる。さらに、評価データの作成と処理作用部位置の決定とがリアルタイムに行われるので、全体の処理時間が短縮される。よって、生産性を損ねることなく処理の品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態の一形態の数値制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】数値制御装置の全体の動作を示すフローチャートである。
【図３】加工モードの例を示す説明図である。
【図４】図１の曲面状態評価部の動作を示すフローチャートである。
【図５】曲面状態評価部における工具経路サンプル点を求める動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】曲面上における現在の工具経路サンプル点から次の工具経路サンプル点を求めるための概念を示す説明図である。
【図７】工具干渉回避計算の一例を示す説明図である。
【図８】曲面の評価を行うために求めた工具経路サンプル点を示す説明図である。
【図９】工具経路サンプル点と工具位置との関係を示す説明図である。
【図１０】図１の工具位置データ作成部の詳細動作を示すフローチャートである。
【図１１】現在の工具位置から終点までの距離計算の概念を示す説明図である。
【図１２】曲面上における現在の工具位置から次の工具位置求めるための概念を示す説明図である。
【図１３】図１の工具位置データ数監視部の動作を示すフローチャートである。
【図１４】この発明の他の実施の形態である数値制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１５】図１４の曲面状態評価進行状況監視部の動作を示すフローチャートである。
【図１６】図１４の工具位置データ作成部の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１１ 軌道データ生成部、１２ 入力データ記憶部、２０ 曲面状態評価部、
２１ 工具経路サンプル点決定部、２２ サンプル点データバッファ部、
２３ 曲率算出及び曲率対応速度決定部、２４ 評価データ記憶部、
３０ 工具位置データ作成部、３１ 終点までの距離計算部、
３２ 指令速度決定部、３３ 工具位置決定部、
３４ 工具位置データバッファ部、３５ 工具位置データ数監視部、
６０ 曲面状態評価部、６１ 工具経路サンプル点決定部、
６２ サンプル点データバッファ部、６３ 曲率算出及び曲率対応速度決定部、
６４ 評価データ記憶部、６５ 曲面状態評価進行状況監視部、
７０ 工具位置データ作成部、７１ 終点までの距離計算部、
７２ 指令速度決定部、７３ 工具位置決定部。
Claims (5)
- 数値制御される装置の処理作用部を与えられた経路計画軌跡上において処理対象物の処理すべき処理面と干渉しないように仮想的に配置して上記処理面の状態を評価するための複数の評価点を設定し評価データを作成する評価手段、並びに上記評価データに基づき処理作用部を移動させるべき指令速度を決定する指令速度決定手段及び上記数値制御される装置に与えるべき処理作用部位置を上記指令速度と上記処理面の形状とに基づき上記処理作用部が上記処理面と干渉しないようにして決定する処理作用部位置決定手段を有する処理作用部位置データ作成手段を備え、上記評価手段の動作と上記処理作用部位置データ作成手段の動作とがリアルタイムに行われる数値制御装置。
- 処理作用部位置データ作成手段は処理作用部位置のデータを記憶する処理作用部位置データ記憶手段と上記処理作用部位置データ記憶手段に記憶されたデータ数が所定値以下になったとき減速指令を発する処理作用部位置データ数監視手段とを有するものであり、指令速度決定手段は移動基準速度と上記減速指令とに基づき指令速度を決定するものであることを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
- 評価手段は評価点における処理対象物の処理面の曲率とこの曲率に対応する処理作用部の移動基準速度とを評価データとして求めるとともにこの評価データを記憶する評価データ記憶手段及び上記評価データ記憶手段に記憶された評価データの数が所定値以下になったとき速度制限指令を発する評価進行状況監視手段を有するものであり、指令速度決定手段は移動基準速度と上記速度制限指令とに基づき指令速度を決定するものであることを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
- 評価データ記憶手段は経路計画軌跡における所定の始点から所定の終点までごとに区分したセグメント単位にて評価データを記憶するものであり、評価進行状況監視手段は評価データ記憶手段に記憶された上記セグメントの単位数が所定値以下になったとき速度制限指令を発するものであることを特徴とする請求項３に記載の数値制御装置。
- 数値制御される装置の処理作用部を与えられた経路計画軌跡上において処理対象物の処理すべき処理面と干渉しないように仮想的に配置して上記処理面の状態を評価するための複数の評価点を設定し評価データを作成し、上記評価データに基づき上記処理作用部を移動させるべき指令速度を決定し、上記数値制御される装置に与えるべき処理作用部位置を上記指令速度と上記処理面の形状とに基づき上記処理作用部が上記処理面と干渉しないようにして決定する数値制御方法であって、上記評価データの作成と上記処理作用部位置の決定とがリアルタイムに行われる数値制御方法。
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