JP3662799B2 - 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】
近年、このような切削加工においては、磨き工程の負担を軽減するためあるいは省略するために仕上精度の向上が行われている。加工物の仕上精度を高くするには多量の工具経路データが必要であり、工具経路データの作成およびその工具経路データによる切削加工の両方に費やされる時間が増大する。
【０００４】
図１９は、従来の数値制御工作機械による加工方法を説明するための模式図であり、図１９（ａ）は加工経路を示す模式斜視図、図１９（ｂ）はＣＡＤ／ＣＡＭ装置から出力された第１の工具経路データによる加工経路を示す模式断面図、図１９（ｃ）はＣＡＤ／ＣＡＭ装置から出力された第２の工具経路データによる加工経路を示す模式断面図である。
【０００５】
図１９において、被加工物２は第一及び第二の被加工部３，４を有する。ここで、図示しない数値制御工作機械の工具Ｔによる切削加工により、第１及び第２の被加工部３，４に、曲面３ａ、４ａを形成する場合を考える。加工により形成すべき曲面（以下、単に加工曲面あるいは曲面という場合もある）３ａ，４ａは、図１９に示すように直角よりも少し大きい角度で交差している。
【０００６】
ＣＡＤ／ＣＡＭ装置から出力される工具経路データは、数値制御装置に渡され、数値制御装置は補間データを作成し、この補間データにより工具を制御するが、工具Ｔを移動させる経路計画軌跡はＸＹ平面上でジグザグに定義されているものとする。すなわち、図１９（ａ）における経路ＯＲ１を通過し終点に達し、次に所定ピッチ図１９（ａ）の左方向に工具を移動させ、経路ＯＲ２をたどってジグザグに加工を行うものとする。
【０００７】
経路ＯＲ１をたどるとき、曲面３ａ、４ａに対して工具オフセットを設けて経路ｃ１１となるような工具経路データがＣＡＤ／ＣＡＭ装置から出力され、この工具経路データに基づき加工対象物が加工される。また、軌道ＯＲ２をたどるとき、曲面３ａ、４ａに対して経路ｃ２１となるような工具経路データが出力され、この工具経路データに基づき加工される。
【０００８】
工具経路データは、曲面データに基づき加工曲面の形状から要求される工具の理想経路（以下単に理想経路という）との誤差が設定誤差ｅ以下になるように作成される。従って、理想経路との間に最大ｅの誤差を有する。例えば、経路ＯＲ１をたどるときの工具経路データによる経路ｃ１１は理想経路ｃ１０に対して図１９（ｂ）のようになり、曲面３ａと曲面４ａの交差部Ｃ近傍においては交差部Ｃよりも左方の点ｐ１１の座標が出力され、交差部Ｃ近傍で曲面４ａに対応する理想経路ｃ１０との間に最大ｅの誤差が生じる。
【０００９】
また、経路ＯＲ２をたどるときの工具経路データによる経路ｃ２１は理想経路ｃ２０に対して図１９（ｃ）のようになり、曲面３ａと曲面４ａの交差部Ｃ近傍においては交差部Ｃよりも右方の点ｐ２２の座標が出力される。以上のように、交差部Ｃ近傍において、工具Ｔが経路ｃ２１をたどる時と、ｃ２２をたどる時とで、理想経路ｃ１０あるいはｃ２０からのずれかたが異なる。
【００１０】
従って、上記のように順次ジグザグに加工をするとき曲面同士が交差する隅部において隣接する経路ｃ１１，ｃ２１間で設定誤差ｅに相当する段差が生じる場合があり、溝状の傷や筋状の突出部のように見えるために、加工品質上問題となることがある。
【００１１】
このような現象を防止するためには、設定誤差ｅを小さくし、加工精度を高くしなければならない。加工精度を高くするためには、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置から出力される工具経路データのデータ量を増やし、加工曲面により忠実なものにすることが必要である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来は上記のような制御方法をとっていたので、加工品質を確保するためには工具経路データのデータ量を大幅に増やさなければならず、これに伴い次のような問題点が発生していた。
【００１３】
ａ．ＣＡＤ／ＣＡＭ装置にて工具経路データを作成し出力する時間が増大する。
ｂ．数値制御装置に渡す工具経路データのデータ量が莫大なものになる。
ｃ．工具経路データのデータ量が多いために、加工速度を上げることができない。
ｄ．工具摩耗や工具交換により工具径の補正が必要となった場合、再度ＣＡＤ／ＣＡＭ装置により工具経路データの膨大な量のデータを計算しなければならなくなる。
ｅ．これらのため、作業能率が低下する。
【００１４】
この発明は、上記のような問題点を解決して、作業能率を低下させることなく加工品質を向上させることのできる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。
【００１５】
【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接するように仮想的に配置して処理面の形状を評価するための複数の評価点を設定し処理面の形状を評価して評価データを作成する評価手段、連続する３つ以上の評価点に基づいて処理面の形状の不連続部を抽出する不連続部抽出手段、及び不連続部近傍において処理作用部の移動速度を所定の速度に減速するようにかつ処理面と接するように処理作用部を仮想的に配置して処理作用部位置を求めこの求めた処理作用部位置を数値制御される装置に与える処理作用部位置データ作成手段を備えたものである。
このような簡易な方法により不連続部を容易に抽出でき、不連続部を抽出して不連続近傍において処理作用部の移動速度を所定の速度に減速するようにかつ処理面と接するように処理作用部を仮想的に配置して処理作用部位置を求めるので、不連続部近傍における処理作用部位置は処理対象物の処理面の形状に一層忠実なものとなる。また、処理作用部位置を処理対象物の処理面に処理作用部が仮想的に接するようにして決定するので、データ量の増加を抑制できる。
【００１６】
また、不連続部抽出手段は、連続する４つの評価点から、１番目の評価点から２番目の評価点に向かう第１のベクトルと３番目の評価点から４番目の評価点に向かう第２のベクトルのなす角度に基づいて不連続部を抽出するものであることを特徴とする。
このような簡易な方法により不連続部を容易に抽出できる。
【００１７】
そして、不連続部抽出手段は、連続する４つの評価点から、１番目の評価点から２番目の評価点に向かう第１の単位ベクトルと２番目の評価点から３番目の評価点に向かう第２の単位ベクトルとの差である第１の差ベクトルの方向と、第２の単位ベクトルと３番目の評価点から４番目の評価点に向かう第３の単位ベクトルの差である第２の差ベクトルの方向とに基づいて不連続部を抽出するものであることを特徴とする。
このようにして、不連続部である段差部を容易に抽出できる。
【００１８】
さらに、不連続部抽出手段は、連続する４つの評価点のうち、１番目、２番目及び３番目の評価点からこの３つの評価点の近傍における第１の曲率ベクトルを算出し、２番目、３番目及び４番目の評価点からこの３つの評価点の近傍における第２の曲率ベクトルを算出し、第１及び第２の曲率ベクトルに基づいて不連続部を抽出するものであることを特徴とする。
このように、曲率ベクトルに着目しても不連続部を容易に検出できる。
【００１９】
【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。
【００２０】
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である。
【００２１】
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。
【００２２】
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、ユーザが設定した工具の送り速度であるユーザ設定速度である。ユーザ設定速度は、機械の許容速度の範囲内にて設定可能である。
【００２３】
評価手段としての工具経路サンプル点設定部２０は、工具経路サンプル点決定部２１、サンプル点バッファ２２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これから加工しようとする曲面の評価のために、評価点としての工具経路サンプル点を決定する。サンプル点バッファ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。
【００２４】
なおここで、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、工具が曲面に丁度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（ｎ）、工具経路サンプル点ｅｐ（１），ｅｐ（２），・・・ｅｐ（ｊ）を参照）。
【００２５】
不連続部抽出部３０は、工具経路サンプル点設定部２０にて設定された工具経路サンプル点に基づき工具経路の不連続部を抽出する。処理作用部位置データ作成手段としての工具位置データ作成部４０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、工具位置データを作成する。この工具位置データは、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軸の座標の集まりである。
【００２６】
ここで、工具位置データ作成部４０の詳細構成を説明する。工具位置データ作成部４０は、工具位置判定部４１、指令速度決定部４２、工具位置決定部４３、工具位置データバッファ部４４を有する。工具位置判定部４１は、現在着目している工具位置（以下、現在の工具位置という）が不連続部抽出部３０にて抽出された不連続部近傍にあるかどうかを判定し、近傍にあれば減速指令を出し、近傍付近を通過し終えれば速度復帰指令を出す。指令速度決定部４２は、減速指令あるいは速度復帰指令に従い指令速度を決定する。
【００２７】
工具位置決定部４３は、曲面データ及び指令速度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４４は、工具位置決定部４３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後述のサーボ制御部に送る。
工具位置データ作成部４０の詳細構成は、以上の通りである。
【００２８】
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４０の工具位置データバッファ部４４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。
【００２９】
上記構成において、工具経路サンプル点設定部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所定個数の工具経路サンプル点のデータを逐次記憶し、不連続部抽出部３０にて上記所定個数のデータを用いて不連続部を抽出する。そして、工具位置データ作成部４０にて、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、工具経路サンプル点設定部２０における工具経路サンプル点の設定、不連続部抽出部３０による不連続部の抽出を、工具位置データ作成部４０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。
【００３０】
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、次いで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は経路計画軌跡の例を示す説明図である。図４は図１の工具経路サンプル点設定部の動作を示すフローチャートである。
【００３１】
図５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５（ａ）はＹＺ平面、図５（ｂ）はＸＹ平面について示したものである。図６は、工具干渉回避計算の一例を示す説明図である。図７は曲面と工具経路との関係を示す説明図、図８は設定された工具経路サンプル点を示す説明図である。
【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、軌道データ生成装置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】
軌道データは、工具をどのように移動させるかを示すデータであり、ここでは軌道データ生成装置１１が加工モードに応じてＸＹ平面上の経路計画軌跡を示すデータとして生成する。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）。工具経路サンプル点設定部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における不連続部を抽出するために、曲面の各部の位置に対応させて工具経路サンプル点を設定し、サンプル点バッファ２２に記憶する（ステップＳ３，Ｓ４）。
【００３７】
ここで、ステップＳ３の詳細について、図４のフローチャートによって説明する。
まず、図４のステップＳ３１において、経路計画軌跡ＴＲＪ（この例では、直線である）上のサンプリング点に対応させて工具経路サンプル点を設定する。なお、図５（ｂ）に示すように、現在のサンプリング点はＸＹ平面上の経路計画軌跡ＴＲＪ上の点ｓｐ（ｊ）であり、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。
【００３８】
そして、経路計画軌跡ＴＲＪ上において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を図５（ｂ）のように求める（図４のステップＳ３１）。
【００３９】
次に、上記ステップＳ３１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５（ａ）における上方より仮想的に配置して、工具干渉回避計算を行う（ステップＳ３２）。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。
【００４０】
ステップＳ３２における工具干渉回避計算の詳細は次の通りである。図６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。
【００４１】
図６（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６（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。
【００４２】
次に、ステップＳ３３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Ｓ３１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Ｓ３４）。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Ｓ３５）。
【００４３】
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Ｓ３６）、ステップＳ３２へ戻る。そして、ステップＳ３２〜Ｓ３４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Ｓ３５）。
【００４４】
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Ｓ３（図２）の動作であり、上記のようにして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。
【００４５】
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６（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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
さて、図２のフローチャートに戻って、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バッファ２２に一時的に記憶される（ステップＳ４）。
工具経路サンプル点設定部２０は、以上のように動作する。
【００４９】
次に、図２のステップＳ５の不連続部抽出の動作を、図９〜図１１により説明する。図９は、図２のステップＳ５の不連続部抽出の動作を示すフローチャート、図１０は不連続部抽出の原理を説明するための説明図であり、図１０（ａ）は工具経路サンプル点データのうちの連続する４点の配列例を示す説明図、図１１は抽出された不連続部を示す説明図である。
【００５０】
以下においては、例えば、先に示した図８において白丸で表された工具経路サンプル点ｅｐ（１）、ｅｐ（２），・・・に基づき、不連続部を抽出する方法を説明する。図９のフローチャートにおいて、まず工具経路サンプル点設定部２０のサンプル点バッファ２２（図１）に記憶された工具経路サンプル点のデータｅｐ（１）、ｅｐ（２），・・・のなかから、連続する４個のデータを取り出す（ステップＳ４１）。
【００５１】
ここで、４つの工具経路サンプル点ｅｐ（ｊ−１），ｅｐ（ｊ），ｅｐ（ｊ＋１），ｅｐ（ｊ＋２）のＸ，Ｚ座標軸上の配列が図１０（ａ）のごとくであるとする。この場合、まず工具経路サンプル点ｅｐ（ｊ−１）から工具経路サンプル点ｅｐ（ｊ）に向かう第１のベクトルＶ１、及び工具経路サンプル点ｅｐ（ｊ＋１）から工具経路サンプル点ｅｐ（ｊ＋２）に向かう第２のベクトルＶ２（図１０（ａ））を求め、第１及び第２のベクトルＶ１，Ｖ２のなす角度θ（図１０（ｂ））を算出する（ステップＳ４２）。
【００５２】
この角度θが所定値以上ならば（ステップＳ４３）、不連続部ありと判定し、記憶する（ステップＳ４４）。図１１は、このようにして判定された不連続部を示すもので、工具経路サンプル点ｅｐ（ａ），ｅｐ（ａ＋１）間、工具経路サンプル点ｅｐ（ｂ），ｅｐ（ｂ＋１）間、工具経路サンプル点ｅｐ（ｃ），ｅｐ（ｃ＋１）間におのおの不連続部ｆ１，ｆ２，ｆ３があると判定され、抽出されたものである。
【００５３】
この場合、工具経路サンプル点ｅｐ（ａ）と点ｅｐ（ａ＋１）との区間、工具経路サンプル点ｅｐ（ｂ）と点ｅｐ（ｂ＋１）との区間、工具経路サンプル点ｅｐ（ｃ）とｅｐ（ｃ＋１）との区間が不連続区間である。
【００５４】
さらに、工具経路サンプル点データ中にまだ取り出していないデータが残っているか否かを判定する（ステップＳ４５）。残っていれば工具経路サンプル点データからのデータ取り出し開始位置を一つ進め、次の工具経路サンプル点ｅｐ（ｊ）からに変更し（ステップＳ４６）、ステップＳ４１へ戻り、不連続部の有無の判定を逐次実施する。このような不連続部の有無の判定を、取り出す工具経路サンプル点のデータが無くなるまで行い、データが無くなれば終了する。
以上が、不連続部抽出部３０の詳細動作である。
【００５５】
次に、図２のステップＳ６における工具位置データ作成部４０の詳細動作を、図１２のフローチャートにより説明する。
図１２のフローチャートにおいて、工具位置判定部４１は次の工具位置が不連続区間において予め定められた指定速度Ｖｆに減速するための減速区間に入るかどうかを判定する（ステップＳ５１）。減速区間に入るならならば、予め定められた指定速度Ｖｆに減速する指示を出す（ステップＳ５２）。
【００５６】
ところで、ステップＳ５１における、次の工具位置が減速区間に入るかどうかの判定は次のようにして行えばよい。例えば、図１４において、不連続部ｆを含む不連続区間は、工具経路サンプル点ｅｐ（ｊ）と点ｅｐ（ｊ＋１）との間である。現在の工具位置ｔｐ（ｋ）における速度をＶｋとすると、減速に必要な距離Ｌｄは、例えば減速時間ΔＴｄを与えて、
Ｌｄ＝（Ｖｋ−Ｖｆ）・ΔＴｄ
として計算できる。
【００５７】
一方、例えば図１４において、現在の工具位置ｔｐ（ｋ）から次の工具位置ｔｐ（ｋ＋１）までの距離ΔＤは、現在の速度Ｖｋのままで減速しないとすれば、サンプリング間隔をΔＴとして、
ΔＤ＝Ｖｋ・ΔＴ
である。
【００５８】
また、現在の工具位置ｔｐ（ｋ）から減速しなければならない評価点ｅｐ（ｊ）までの距離をｄ２とすると、次の工具位置ｔｐ（ｋ＋１）から評価点ｅｐ（ｊ）までの距離Ｌｋは
Ｌｋ＝ｄ２−ΔＤ
であるから、ＬｄとＬｋとを比較して、Ｌｋ＜Ｌｄならば減速区間に入ると判定する。
【００５９】
減速区間に入ると判定されると、評価点ｅｐ（ｊ）を通過する時点までに所定の指定速度Ｖｆに減速するように、指令速度Ｆが決定され、出力される。従って、評価点ｅｐ（ｊ）を通過するときは、指定速度Ｖｆにて通過することになり、例えば指令速度Ｖｆが通常の速度の１／４に指定されているとすれば、距離ΔＤ＝Ｖｆ・ΔＴも１／４になる。
【００６０】
すなわち、不連続区間近傍においては出力される工具位置の間隔（距離）ΔＤも図１４のａｔｐ（１），ａｔｐ（２），ａｔｐ（３），・・・のごとく、細かい間隔で設定され、曲面Ｓにより忠実に沿うものになる。よって、傷状に見える加工むら等を防止することができる。
【００６１】
なお、現在の工具位置ｔｐ（ｋ）から次の工具位置ｔｐ（ｋ＋１）までの距離ΔＤは上記のようにして与えられるが、現在の工具位置ｔｐ（ｋ）から距離ΔＤ離れた次の工具位置ｔｐ（ｋ＋１）を、工具が曲面と干渉しないようにして決定する方法については、後述する。
【００６２】
そして、ステップＳ５３において、現在の工具位置が既に不連続区間から脱しているかどうかを判定し、脱していれば通常の速度に復帰するように速度復帰指示を出す（ステップＳ５４）。指令速度決定部４２はステップＳ５２やステップＳ５４の指示速度に従って指令速度を決定し、工具位置決定部４３が工具位置の決定を行う（ステップＳ５５）。
【００６３】
また、不連続区間近傍の他は、通常の速度で加工を行うので、全体の加工速度が低下して生産性の向上を妨げるおそれもない。
【００６４】
なお、上記不連続区間近傍における工具位置の決定は、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ものである。従って、不連続区間近傍における加工速度を低く設定することにより、工具経路を理想経路に近づけることができる。
【００６５】
続いて、ステップＳ５５の詳細について、説明する。まず、工具位置決定部４３は前もって与えられた指令速度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４のステップＳ３２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。
【００６６】
以下、図４のステップＳ３３〜ステップＳ３６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て工具位置を求めることができる。図１３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１３（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、図１３（ａ）に示すように工具が曲面と干渉せずちょうど曲面に接するように、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。
【００６７】
次に、図１３（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。
【００６８】
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。
【００６９】
以上が工具位置決定部４３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、工具位置データバッファ部４４を介して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。
【００７０】
なお、上述の工具の干渉回避の計算方法については、図４のステップＳ３２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。
【００７１】
実施の形態２．
図１５〜図１７は、この発明の他の実施の形態を示すものであり、図１５は数値制御装置の構成を示すブロック図、図１６は加工対象物の段差部に工具経路サンプル点を設定したときの説明図、図１７は段差部に関する不連続部抽出の原理を説明するための説明図である。
【００７２】
図１５において、段差部抽出部５０は加工対象物の段差部を検出する。加工対象物が、図１６（ａ）に示すような階段状の段差部や図１６（ｂ）に示すような斜面状の段差部を有する場合、この段差部における工具経路サンプル点（以下、単位に点という場合もある）は、図１６（ａ）、図１６（ｂ）それぞれに示される点ｅｐ（ｊ−１），ｅｐ（ｊ），ｅｐ（ｊ＋１），ｅｐ（ｊ＋２）になる。
【００７３】
このような場合、上記実施の形態１にて説明した不連続部抽出部３０により、図１０（ｂ）に示すような方法で点ｅｐ（ｊ−１）から点ｅｐ（ｊ）に向かう第１のベクトルＶ１と、点ｅｐ（ｊ＋１）から点ｅｐ（ｊ＋２）に向かう第２のベクトルのなす角度を求めると、零となるために、段差部を検出できない。
【００７４】
そこで、図１５に示すように、不連続部抽出部３０に加えて段差部抽出部５０を設けることにより、段差部も検出することが可能になる。
段差部抽出部５０は、次のようにして段差部を抽出する。図１７に示すように、点ｅｐ（ｊ−１）から点ｅｐ（ｊ）に向かう第１の単位ベクトルＵＶ１と、点ｅｐ（ｊ）から点ｅｐ（ｊ＋１）に向かう第２の単位ベクトルＵＶ２との差を求めると、図１７の上向きのベクトルＮ（ｊ）となる。
【００７５】
また、点ｅｐ（ｊ）から点ｅｐ（ｊ＋１）に向かう第２の単位ベクトルＵＶ２と、点ｅｐ（ｊ＋１）から点ｅｐ（ｊ＋２）に向かう第３の単位ベクトルＵＶ３との差を求めると、図１７の下向きのベクトルＮ（ｊ＋１）となる。
【００７６】
このように、連続する４つの工具経路サンプル点の間を結ぶベクトルに関する単位ベクトルについて、その差ベクトルを求めると、互いに方向が逆になることに注目して段差部を抽出することができる。
【００７７】
実施の形態３．
また、二つのベクトルのなす角度から不連続部を抽出する代わりに、図１８（ｂ）の段差部に関する不連続部抽出の原理を説明するための説明図において、連続する３つの工具経路サンプル点、例えば点ｅｐ（ｊ−１）、ｅｐ（ｊ）、ｅｐ（ｊ＋１）を通る第１の円弧ＣＲ１の曲率ベクトルｒ１を算出し、点ｅｐ（ｊ）、ｅｐ（ｊ＋１）、ｅｐ（ｊ＋２）を通る第２の円弧ＣＲ２の曲率ベクトルｒ２を算出する。そして、この両曲率ベクトルｒ１，ｒ２の向きが逆であれば、点ｅｐ（ｊ）とｅｐ（ｊ＋１）との間の区間に不連続部があると判定するようにしてもよい。
【００７８】
以上のように、この実施の形態によれば、リアルタイムで工具経路サンプル点を設定し、不連続部を抽出し、かつ仮想的に曲面に当接するように工具を配置して工具位置のデータを作成するので、従来の加工方法のように、あらかじめＣＡＤ／ＣＡＭ装置で工具経路データを作成する必要がなく、データ量の増加を抑制できる。また、現場での工具変更等にも容易に対応できる。従って、生産性を向上させることができる。
【００７９】
また、不連続部近傍においては、仮想的に曲面に当接するように工具を配置してかつ加工速度を減速するようにして工具位置のデータを作成するので、曲面同士が交差する隅部等の不連続部近傍において、より曲面に忠実に加工することができる。従って、溝状の傷や筋状の突出部のように見えるのを防止して、加工品質の向上を図ることができる。
【００８０】
さらに、工具経路サンプル点設定部２０のサンプル点バッファに記憶する工具経路サンプル点データは、例えば最小限４個のデータを記憶すれば足り、工具経路サンプル点設定部を安価に構成できる。
【００８１】
なお、上記各実施の形態では、工具経路サンプル点の設定、工具経路の不連続部の抽出、工具位置のデータの作成をリアルタイムで行うものを示したが、バッチ処理方式を採用してもよい。すなわち、工具経路サンプル点設定部２０において工具経路サンプル点を設定して不連続部抽出部にて不連続部の抽出を予め行っておき、この抽出された不連続部の情報を用いて工具位置データを作成するようにすることもできる。
【００８２】
上記各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、工具経路サンプル点の決定、不連続部の抽出、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、これらの処理をリアルタイムに同時並行的に行い、処理を高速化することもできる。
【００８３】
上記各実施の形態では、工具経路サンプル点設定部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（図５（ｂ））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５（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（図１３（ｂ）参照）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。
【００８４】
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。
【００８５】
【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。
【００８６】
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接するように仮想的に配置して処理面の形状を評価するための複数の評価点を設定し処理面の形状を評価して評価データを作成する評価手段、連続する３つ以上の評価点に基づいて処理面の形状の不連続部を抽出する不連続部抽出手段、及び不連続部近傍において処理作用部の移動速度を所定の速度に減速するようにかつ処理面と接するように処理作用部を仮想的に配置して処理作用部位置を求めこの求めた処理作用部位置を数値制御される装置に与える処理作用部位置データ作成手段を備えたものであるので、不連続部を抽出して不連続近傍において処理作用部の移動速度を所定の速度に減速するようにかつ処理面と接するように処理作用部を仮想的に配置して処理作用部位置を求めるので、このような簡易な方法により不連続部を容易に抽出でき、不連続部近傍における処理作用部位置は処理対象物の処理面の形状に一層忠実なものとなり、加工品質を向上させることができる。また、処理作用部位置を処理対象物の処理面に処理作用部が仮想的に接するようにして決定するので、データ量の増加を抑制して作業能率の低下を防止できる。
【００８７】
また、不連続部抽出手段は、連続する４つの評価点から、１番目の評価点から２番目の評価点に向かう第１のベクトルと３番目の評価点から４番目の評価点に向かう第２のベクトルのなす角度に基づいて不連続部を抽出するものであることを特徴とするので、このような簡易な方法により不連続部を容易に抽出できる。
【００８８】
そして、不連続部抽出手段は、連続する４つの評価点から、１番目の評価点から２番目の評価点に向かう第１の単位ベクトルと２番目の評価点から３番目の評価点に向かう第２の単位ベクトルとの差である第１の差ベクトルの方向と、第２の単位ベクトルと３番目の評価点から４番目の評価点に向かう第３の単位ベクトルの差である第２の差ベクトルの方向とに基づいて不連続部を抽出するものであることを特徴とするので、不連続部である段差部を容易に抽出できる。
【００８９】
さらに、不連続部抽出手段は、連続する４つの評価点のうち、１番目、２番目及び３番目の評価点からこの３つの評価点の近傍における第１の曲率ベクトルを算出し、２番目、３番目及び４番目の評価点からこの３つの評価点の近傍における第２の曲率ベクトルを算出し、第１及び第２の曲率ベクトルに基づいて不連続部を抽出するものであることを特徴とするので、曲率ベクトルに着目しても不連続部を容易に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施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２】 数値制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】 加工モードを示す説明図である。
【図４】 工具経路サンプル点設定部の詳細動作を示すフローチャートである。
【図５】 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処理の概念を示す説明図である。
【図６】 工具干渉回避の一般的な方法の概念を示す説明図である。
【図７】 曲面と工具位置との関係を示す説明図である。
【図８】 図７の曲面加工における工具経路サンプル点を示す説明図である。
【図９】 工具経路の不連続部抽出の詳細を示すフローチャートである。
【図１０】 不連続部抽出の原理を説明するための説明図である。
【図１１】 抽出された不連続部を示す説明図である。
【図１２】 工具位置データ作成の詳細動作を示すフローチャートである。
【図１３】 距離ΔＤだけ離れた次の工具位置を求めるための処理の概念を示す説明図である。
【図１４】 不連続部近傍における工具位置のデータを示す説明図である。
【図１５】 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１６】 加工対象物の段差部に設定された工具経路サンプル点を示す説明図である。
【図１７】 図１６の段差部抽出部による段差抽出の原理を説明するための説明図である。
【図１８】 別の段差部抽出部による段差抽出の原理を説明するための説明図である。
【図１９】 従来の数値制御工作機械による加工方法を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１１ 軌道データ生成部、１２ 入力データ記憶部、
２０ 工具経路サンプル点設定部、２１ 工具経路サンプル点決定部、
２２ サンプル点バッファ部、３０ 不連続部抽出部、
４０ 工具位置データ作成部、４１ 工具位置判定部、
４２ 指令速度決定部、４３ 工具位置決定部、
４４ 工具位置データバッファ部、５０ 段差部抽出部。
【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】
近年、このような切削加工においては、磨き工程の負担を軽減するためあるいは省略するために仕上精度の向上が行われている。加工物の仕上精度を高くするには多量の工具経路データが必要であり、工具経路データの作成およびその工具経路データによる切削加工の両方に費やされる時間が増大する。
【０００４】
図１９は、従来の数値制御工作機械による加工方法を説明するための模式図であり、図１９（ａ）は加工経路を示す模式斜視図、図１９（ｂ）はＣＡＤ／ＣＡＭ装置から出力された第１の工具経路データによる加工経路を示す模式断面図、図１９（ｃ）はＣＡＤ／ＣＡＭ装置から出力された第２の工具経路データによる加工経路を示す模式断面図である。
【０００５】
図１９において、被加工物２は第一及び第二の被加工部３，４を有する。ここで、図示しない数値制御工作機械の工具Ｔによる切削加工により、第１及び第２の被加工部３，４に、曲面３ａ、４ａを形成する場合を考える。加工により形成すべき曲面（以下、単に加工曲面あるいは曲面という場合もある）３ａ，４ａは、図１９に示すように直角よりも少し大きい角度で交差している。
【０００６】
ＣＡＤ／ＣＡＭ装置から出力される工具経路データは、数値制御装置に渡され、数値制御装置は補間データを作成し、この補間データにより工具を制御するが、工具Ｔを移動させる経路計画軌跡はＸＹ平面上でジグザグに定義されているものとする。すなわち、図１９（ａ）における経路ＯＲ１を通過し終点に達し、次に所定ピッチ図１９（ａ）の左方向に工具を移動させ、経路ＯＲ２をたどってジグザグに加工を行うものとする。
【０００７】
経路ＯＲ１をたどるとき、曲面３ａ、４ａに対して工具オフセットを設けて経路ｃ１１となるような工具経路データがＣＡＤ／ＣＡＭ装置から出力され、この工具経路データに基づき加工対象物が加工される。また、軌道ＯＲ２をたどるとき、曲面３ａ、４ａに対して経路ｃ２１となるような工具経路データが出力され、この工具経路データに基づき加工される。
【０００８】
工具経路データは、曲面データに基づき加工曲面の形状から要求される工具の理想経路（以下単に理想経路という）との誤差が設定誤差ｅ以下になるように作成される。従って、理想経路との間に最大ｅの誤差を有する。例えば、経路ＯＲ１をたどるときの工具経路データによる経路ｃ１１は理想経路ｃ１０に対して図１９（ｂ）のようになり、曲面３ａと曲面４ａの交差部Ｃ近傍においては交差部Ｃよりも左方の点ｐ１１の座標が出力され、交差部Ｃ近傍で曲面４ａに対応する理想経路ｃ１０との間に最大ｅの誤差が生じる。
【０００９】
また、経路ＯＲ２をたどるときの工具経路データによる経路ｃ２１は理想経路ｃ２０に対して図１９（ｃ）のようになり、曲面３ａと曲面４ａの交差部Ｃ近傍においては交差部Ｃよりも右方の点ｐ２２の座標が出力される。以上のように、交差部Ｃ近傍において、工具Ｔが経路ｃ２１をたどる時と、ｃ２２をたどる時とで、理想経路ｃ１０あるいはｃ２０からのずれかたが異なる。
【００１０】
従って、上記のように順次ジグザグに加工をするとき曲面同士が交差する隅部において隣接する経路ｃ１１，ｃ２１間で設定誤差ｅに相当する段差が生じる場合があり、溝状の傷や筋状の突出部のように見えるために、加工品質上問題となることがある。
【００１１】
このような現象を防止するためには、設定誤差ｅを小さくし、加工精度を高くしなければならない。加工精度を高くするためには、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置から出力される工具経路データのデータ量を増やし、加工曲面により忠実なものにすることが必要である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来は上記のような制御方法をとっていたので、加工品質を確保するためには工具経路データのデータ量を大幅に増やさなければならず、これに伴い次のような問題点が発生していた。
【００１３】
ａ．ＣＡＤ／ＣＡＭ装置にて工具経路データを作成し出力する時間が増大する。
ｂ．数値制御装置に渡す工具経路データのデータ量が莫大なものになる。
ｃ．工具経路データのデータ量が多いために、加工速度を上げることができない。
ｄ．工具摩耗や工具交換により工具径の補正が必要となった場合、再度ＣＡＤ／ＣＡＭ装置により工具経路データの膨大な量のデータを計算しなければならなくなる。
ｅ．これらのため、作業能率が低下する。
【００１４】
この発明は、上記のような問題点を解決して、作業能率を低下させることなく加工品質を向上させることのできる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。
【００１５】
【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接するように仮想的に配置して処理面の形状を評価するための複数の評価点を設定し処理面の形状を評価して評価データを作成する評価手段、連続する３つ以上の評価点に基づいて処理面の形状の不連続部を抽出する不連続部抽出手段、及び不連続部近傍において処理作用部の移動速度を所定の速度に減速するようにかつ処理面と接するように処理作用部を仮想的に配置して処理作用部位置を求めこの求めた処理作用部位置を数値制御される装置に与える処理作用部位置データ作成手段を備えたものである。
このような簡易な方法により不連続部を容易に抽出でき、不連続部を抽出して不連続近傍において処理作用部の移動速度を所定の速度に減速するようにかつ処理面と接するように処理作用部を仮想的に配置して処理作用部位置を求めるので、不連続部近傍における処理作用部位置は処理対象物の処理面の形状に一層忠実なものとなる。また、処理作用部位置を処理対象物の処理面に処理作用部が仮想的に接するようにして決定するので、データ量の増加を抑制できる。
【００１６】
また、不連続部抽出手段は、連続する４つの評価点から、１番目の評価点から２番目の評価点に向かう第１のベクトルと３番目の評価点から４番目の評価点に向かう第２のベクトルのなす角度に基づいて不連続部を抽出するものであることを特徴とする。
このような簡易な方法により不連続部を容易に抽出できる。
【００１７】
そして、不連続部抽出手段は、連続する４つの評価点から、１番目の評価点から２番目の評価点に向かう第１の単位ベクトルと２番目の評価点から３番目の評価点に向かう第２の単位ベクトルとの差である第１の差ベクトルの方向と、第２の単位ベクトルと３番目の評価点から４番目の評価点に向かう第３の単位ベクトルの差である第２の差ベクトルの方向とに基づいて不連続部を抽出するものであることを特徴とする。
このようにして、不連続部である段差部を容易に抽出できる。
【００１８】
さらに、不連続部抽出手段は、連続する４つの評価点のうち、１番目、２番目及び３番目の評価点からこの３つの評価点の近傍における第１の曲率ベクトルを算出し、２番目、３番目及び４番目の評価点からこの３つの評価点の近傍における第２の曲率ベクトルを算出し、第１及び第２の曲率ベクトルに基づいて不連続部を抽出するものであることを特徴とする。
このように、曲率ベクトルに着目しても不連続部を容易に検出できる。
【００１９】
【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。
【００２０】
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である。
【００２１】
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。
【００２２】
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、ユーザが設定した工具の送り速度であるユーザ設定速度である。ユーザ設定速度は、機械の許容速度の範囲内にて設定可能である。
【００２３】
評価手段としての工具経路サンプル点設定部２０は、工具経路サンプル点決定部２１、サンプル点バッファ２２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これから加工しようとする曲面の評価のために、評価点としての工具経路サンプル点を決定する。サンプル点バッファ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。
【００２４】
なおここで、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、工具が曲面に丁度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（ｎ）、工具経路サンプル点ｅｐ（１），ｅｐ（２），・・・ｅｐ（ｊ）を参照）。
【００２５】
不連続部抽出部３０は、工具経路サンプル点設定部２０にて設定された工具経路サンプル点に基づき工具経路の不連続部を抽出する。処理作用部位置データ作成手段としての工具位置データ作成部４０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、工具位置データを作成する。この工具位置データは、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軸の座標の集まりである。
【００２６】
ここで、工具位置データ作成部４０の詳細構成を説明する。工具位置データ作成部４０は、工具位置判定部４１、指令速度決定部４２、工具位置決定部４３、工具位置データバッファ部４４を有する。工具位置判定部４１は、現在着目している工具位置（以下、現在の工具位置という）が不連続部抽出部３０にて抽出された不連続部近傍にあるかどうかを判定し、近傍にあれば減速指令を出し、近傍付近を通過し終えれば速度復帰指令を出す。指令速度決定部４２は、減速指令あるいは速度復帰指令に従い指令速度を決定する。
【００２７】
工具位置決定部４３は、曲面データ及び指令速度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４４は、工具位置決定部４３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後述のサーボ制御部に送る。
工具位置データ作成部４０の詳細構成は、以上の通りである。
【００２８】
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４０の工具位置データバッファ部４４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。
【００２９】
上記構成において、工具経路サンプル点設定部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所定個数の工具経路サンプル点のデータを逐次記憶し、不連続部抽出部３０にて上記所定個数のデータを用いて不連続部を抽出する。そして、工具位置データ作成部４０にて、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、工具経路サンプル点設定部２０における工具経路サンプル点の設定、不連続部抽出部３０による不連続部の抽出を、工具位置データ作成部４０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。
【００３０】
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、次いで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は経路計画軌跡の例を示す説明図である。図４は図１の工具経路サンプル点設定部の動作を示すフローチャートである。
【００３１】
図５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５（ａ）はＹＺ平面、図５（ｂ）はＸＹ平面について示したものである。図６は、工具干渉回避計算の一例を示す説明図である。図７は曲面と工具経路との関係を示す説明図、図８は設定された工具経路サンプル点を示す説明図である。
【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、軌道データ生成装置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】
軌道データは、工具をどのように移動させるかを示すデータであり、ここでは軌道データ生成装置１１が加工モードに応じてＸＹ平面上の経路計画軌跡を示すデータとして生成する。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）。工具経路サンプル点設定部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における不連続部を抽出するために、曲面の各部の位置に対応させて工具経路サンプル点を設定し、サンプル点バッファ２２に記憶する（ステップＳ３，Ｓ４）。
【００３７】
ここで、ステップＳ３の詳細について、図４のフローチャートによって説明する。
まず、図４のステップＳ３１において、経路計画軌跡ＴＲＪ（この例では、直線である）上のサンプリング点に対応させて工具経路サンプル点を設定する。なお、図５（ｂ）に示すように、現在のサンプリング点はＸＹ平面上の経路計画軌跡ＴＲＪ上の点ｓｐ（ｊ）であり、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。
【００３８】
そして、経路計画軌跡ＴＲＪ上において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を図５（ｂ）のように求める（図４のステップＳ３１）。
【００３９】
次に、上記ステップＳ３１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５（ａ）における上方より仮想的に配置して、工具干渉回避計算を行う（ステップＳ３２）。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。
【００４０】
ステップＳ３２における工具干渉回避計算の詳細は次の通りである。図６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。
【００４１】
図６（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６（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。
【００４２】
次に、ステップＳ３３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Ｓ３１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Ｓ３４）。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Ｓ３５）。
【００４３】
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Ｓ３６）、ステップＳ３２へ戻る。そして、ステップＳ３２〜Ｓ３４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Ｓ３５）。
【００４４】
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Ｓ３（図２）の動作であり、上記のようにして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。
【００４５】
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６（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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
さて、図２のフローチャートに戻って、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バッファ２２に一時的に記憶される（ステップＳ４）。
工具経路サンプル点設定部２０は、以上のように動作する。
【００４９】
次に、図２のステップＳ５の不連続部抽出の動作を、図９〜図１１により説明する。図９は、図２のステップＳ５の不連続部抽出の動作を示すフローチャート、図１０は不連続部抽出の原理を説明するための説明図であり、図１０（ａ）は工具経路サンプル点データのうちの連続する４点の配列例を示す説明図、図１１は抽出された不連続部を示す説明図である。
【００５０】
以下においては、例えば、先に示した図８において白丸で表された工具経路サンプル点ｅｐ（１）、ｅｐ（２），・・・に基づき、不連続部を抽出する方法を説明する。図９のフローチャートにおいて、まず工具経路サンプル点設定部２０のサンプル点バッファ２２（図１）に記憶された工具経路サンプル点のデータｅｐ（１）、ｅｐ（２），・・・のなかから、連続する４個のデータを取り出す（ステップＳ４１）。
【００５１】
ここで、４つの工具経路サンプル点ｅｐ（ｊ−１），ｅｐ（ｊ），ｅｐ（ｊ＋１），ｅｐ（ｊ＋２）のＸ，Ｚ座標軸上の配列が図１０（ａ）のごとくであるとする。この場合、まず工具経路サンプル点ｅｐ（ｊ−１）から工具経路サンプル点ｅｐ（ｊ）に向かう第１のベクトルＶ１、及び工具経路サンプル点ｅｐ（ｊ＋１）から工具経路サンプル点ｅｐ（ｊ＋２）に向かう第２のベクトルＶ２（図１０（ａ））を求め、第１及び第２のベクトルＶ１，Ｖ２のなす角度θ（図１０（ｂ））を算出する（ステップＳ４２）。
【００５２】
この角度θが所定値以上ならば（ステップＳ４３）、不連続部ありと判定し、記憶する（ステップＳ４４）。図１１は、このようにして判定された不連続部を示すもので、工具経路サンプル点ｅｐ（ａ），ｅｐ（ａ＋１）間、工具経路サンプル点ｅｐ（ｂ），ｅｐ（ｂ＋１）間、工具経路サンプル点ｅｐ（ｃ），ｅｐ（ｃ＋１）間におのおの不連続部ｆ１，ｆ２，ｆ３があると判定され、抽出されたものである。
【００５３】
この場合、工具経路サンプル点ｅｐ（ａ）と点ｅｐ（ａ＋１）との区間、工具経路サンプル点ｅｐ（ｂ）と点ｅｐ（ｂ＋１）との区間、工具経路サンプル点ｅｐ（ｃ）とｅｐ（ｃ＋１）との区間が不連続区間である。
【００５４】
さらに、工具経路サンプル点データ中にまだ取り出していないデータが残っているか否かを判定する（ステップＳ４５）。残っていれば工具経路サンプル点データからのデータ取り出し開始位置を一つ進め、次の工具経路サンプル点ｅｐ（ｊ）からに変更し（ステップＳ４６）、ステップＳ４１へ戻り、不連続部の有無の判定を逐次実施する。このような不連続部の有無の判定を、取り出す工具経路サンプル点のデータが無くなるまで行い、データが無くなれば終了する。
以上が、不連続部抽出部３０の詳細動作である。
【００５５】
次に、図２のステップＳ６における工具位置データ作成部４０の詳細動作を、図１２のフローチャートにより説明する。
図１２のフローチャートにおいて、工具位置判定部４１は次の工具位置が不連続区間において予め定められた指定速度Ｖｆに減速するための減速区間に入るかどうかを判定する（ステップＳ５１）。減速区間に入るならならば、予め定められた指定速度Ｖｆに減速する指示を出す（ステップＳ５２）。
【００５６】
ところで、ステップＳ５１における、次の工具位置が減速区間に入るかどうかの判定は次のようにして行えばよい。例えば、図１４において、不連続部ｆを含む不連続区間は、工具経路サンプル点ｅｐ（ｊ）と点ｅｐ（ｊ＋１）との間である。現在の工具位置ｔｐ（ｋ）における速度をＶｋとすると、減速に必要な距離Ｌｄは、例えば減速時間ΔＴｄを与えて、
Ｌｄ＝（Ｖｋ−Ｖｆ）・ΔＴｄ
として計算できる。
【００５７】
一方、例えば図１４において、現在の工具位置ｔｐ（ｋ）から次の工具位置ｔｐ（ｋ＋１）までの距離ΔＤは、現在の速度Ｖｋのままで減速しないとすれば、サンプリング間隔をΔＴとして、
ΔＤ＝Ｖｋ・ΔＴ
である。
【００５８】
また、現在の工具位置ｔｐ（ｋ）から減速しなければならない評価点ｅｐ（ｊ）までの距離をｄ２とすると、次の工具位置ｔｐ（ｋ＋１）から評価点ｅｐ（ｊ）までの距離Ｌｋは
Ｌｋ＝ｄ２−ΔＤ
であるから、ＬｄとＬｋとを比較して、Ｌｋ＜Ｌｄならば減速区間に入ると判定する。
【００５９】
減速区間に入ると判定されると、評価点ｅｐ（ｊ）を通過する時点までに所定の指定速度Ｖｆに減速するように、指令速度Ｆが決定され、出力される。従って、評価点ｅｐ（ｊ）を通過するときは、指定速度Ｖｆにて通過することになり、例えば指令速度Ｖｆが通常の速度の１／４に指定されているとすれば、距離ΔＤ＝Ｖｆ・ΔＴも１／４になる。
【００６０】
すなわち、不連続区間近傍においては出力される工具位置の間隔（距離）ΔＤも図１４のａｔｐ（１），ａｔｐ（２），ａｔｐ（３），・・・のごとく、細かい間隔で設定され、曲面Ｓにより忠実に沿うものになる。よって、傷状に見える加工むら等を防止することができる。
【００６１】
なお、現在の工具位置ｔｐ（ｋ）から次の工具位置ｔｐ（ｋ＋１）までの距離ΔＤは上記のようにして与えられるが、現在の工具位置ｔｐ（ｋ）から距離ΔＤ離れた次の工具位置ｔｐ（ｋ＋１）を、工具が曲面と干渉しないようにして決定する方法については、後述する。
【００６２】
そして、ステップＳ５３において、現在の工具位置が既に不連続区間から脱しているかどうかを判定し、脱していれば通常の速度に復帰するように速度復帰指示を出す（ステップＳ５４）。指令速度決定部４２はステップＳ５２やステップＳ５４の指示速度に従って指令速度を決定し、工具位置決定部４３が工具位置の決定を行う（ステップＳ５５）。
【００６３】
また、不連続区間近傍の他は、通常の速度で加工を行うので、全体の加工速度が低下して生産性の向上を妨げるおそれもない。
【００６４】
なお、上記不連続区間近傍における工具位置の決定は、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ものである。従って、不連続区間近傍における加工速度を低く設定することにより、工具経路を理想経路に近づけることができる。
【００６５】
続いて、ステップＳ５５の詳細について、説明する。まず、工具位置決定部４３は前もって与えられた指令速度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４のステップＳ３２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。
【００６６】
以下、図４のステップＳ３３〜ステップＳ３６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て工具位置を求めることができる。図１３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１３（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、図１３（ａ）に示すように工具が曲面と干渉せずちょうど曲面に接するように、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。
【００６７】
次に、図１３（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。
【００６８】
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。
【００６９】
以上が工具位置決定部４３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、工具位置データバッファ部４４を介して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。
【００７０】
なお、上述の工具の干渉回避の計算方法については、図４のステップＳ３２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。
【００７１】
実施の形態２．
図１５〜図１７は、この発明の他の実施の形態を示すものであり、図１５は数値制御装置の構成を示すブロック図、図１６は加工対象物の段差部に工具経路サンプル点を設定したときの説明図、図１７は段差部に関する不連続部抽出の原理を説明するための説明図である。
【００７２】
図１５において、段差部抽出部５０は加工対象物の段差部を検出する。加工対象物が、図１６（ａ）に示すような階段状の段差部や図１６（ｂ）に示すような斜面状の段差部を有する場合、この段差部における工具経路サンプル点（以下、単位に点という場合もある）は、図１６（ａ）、図１６（ｂ）それぞれに示される点ｅｐ（ｊ−１），ｅｐ（ｊ），ｅｐ（ｊ＋１），ｅｐ（ｊ＋２）になる。
【００７３】
このような場合、上記実施の形態１にて説明した不連続部抽出部３０により、図１０（ｂ）に示すような方法で点ｅｐ（ｊ−１）から点ｅｐ（ｊ）に向かう第１のベクトルＶ１と、点ｅｐ（ｊ＋１）から点ｅｐ（ｊ＋２）に向かう第２のベクトルのなす角度を求めると、零となるために、段差部を検出できない。
【００７４】
そこで、図１５に示すように、不連続部抽出部３０に加えて段差部抽出部５０を設けることにより、段差部も検出することが可能になる。
段差部抽出部５０は、次のようにして段差部を抽出する。図１７に示すように、点ｅｐ（ｊ−１）から点ｅｐ（ｊ）に向かう第１の単位ベクトルＵＶ１と、点ｅｐ（ｊ）から点ｅｐ（ｊ＋１）に向かう第２の単位ベクトルＵＶ２との差を求めると、図１７の上向きのベクトルＮ（ｊ）となる。
【００７５】
また、点ｅｐ（ｊ）から点ｅｐ（ｊ＋１）に向かう第２の単位ベクトルＵＶ２と、点ｅｐ（ｊ＋１）から点ｅｐ（ｊ＋２）に向かう第３の単位ベクトルＵＶ３との差を求めると、図１７の下向きのベクトルＮ（ｊ＋１）となる。
【００７６】
このように、連続する４つの工具経路サンプル点の間を結ぶベクトルに関する単位ベクトルについて、その差ベクトルを求めると、互いに方向が逆になることに注目して段差部を抽出することができる。
【００７７】
実施の形態３．
また、二つのベクトルのなす角度から不連続部を抽出する代わりに、図１８（ｂ）の段差部に関する不連続部抽出の原理を説明するための説明図において、連続する３つの工具経路サンプル点、例えば点ｅｐ（ｊ−１）、ｅｐ（ｊ）、ｅｐ（ｊ＋１）を通る第１の円弧ＣＲ１の曲率ベクトルｒ１を算出し、点ｅｐ（ｊ）、ｅｐ（ｊ＋１）、ｅｐ（ｊ＋２）を通る第２の円弧ＣＲ２の曲率ベクトルｒ２を算出する。そして、この両曲率ベクトルｒ１，ｒ２の向きが逆であれば、点ｅｐ（ｊ）とｅｐ（ｊ＋１）との間の区間に不連続部があると判定するようにしてもよい。
【００７８】
以上のように、この実施の形態によれば、リアルタイムで工具経路サンプル点を設定し、不連続部を抽出し、かつ仮想的に曲面に当接するように工具を配置して工具位置のデータを作成するので、従来の加工方法のように、あらかじめＣＡＤ／ＣＡＭ装置で工具経路データを作成する必要がなく、データ量の増加を抑制できる。また、現場での工具変更等にも容易に対応できる。従って、生産性を向上させることができる。
【００７９】
また、不連続部近傍においては、仮想的に曲面に当接するように工具を配置してかつ加工速度を減速するようにして工具位置のデータを作成するので、曲面同士が交差する隅部等の不連続部近傍において、より曲面に忠実に加工することができる。従って、溝状の傷や筋状の突出部のように見えるのを防止して、加工品質の向上を図ることができる。
【００８０】
さらに、工具経路サンプル点設定部２０のサンプル点バッファに記憶する工具経路サンプル点データは、例えば最小限４個のデータを記憶すれば足り、工具経路サンプル点設定部を安価に構成できる。
【００８１】
なお、上記各実施の形態では、工具経路サンプル点の設定、工具経路の不連続部の抽出、工具位置のデータの作成をリアルタイムで行うものを示したが、バッチ処理方式を採用してもよい。すなわち、工具経路サンプル点設定部２０において工具経路サンプル点を設定して不連続部抽出部にて不連続部の抽出を予め行っておき、この抽出された不連続部の情報を用いて工具位置データを作成するようにすることもできる。
【００８２】
上記各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、工具経路サンプル点の決定、不連続部の抽出、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、これらの処理をリアルタイムに同時並行的に行い、処理を高速化することもできる。
【００８３】
上記各実施の形態では、工具経路サンプル点設定部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（図５（ｂ））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５（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（図１３（ｂ）参照）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。
【００８４】
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。
【００８５】
【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。
【００８６】
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接するように仮想的に配置して処理面の形状を評価するための複数の評価点を設定し処理面の形状を評価して評価データを作成する評価手段、連続する３つ以上の評価点に基づいて処理面の形状の不連続部を抽出する不連続部抽出手段、及び不連続部近傍において処理作用部の移動速度を所定の速度に減速するようにかつ処理面と接するように処理作用部を仮想的に配置して処理作用部位置を求めこの求めた処理作用部位置を数値制御される装置に与える処理作用部位置データ作成手段を備えたものであるので、不連続部を抽出して不連続近傍において処理作用部の移動速度を所定の速度に減速するようにかつ処理面と接するように処理作用部を仮想的に配置して処理作用部位置を求めるので、このような簡易な方法により不連続部を容易に抽出でき、不連続部近傍における処理作用部位置は処理対象物の処理面の形状に一層忠実なものとなり、加工品質を向上させることができる。また、処理作用部位置を処理対象物の処理面に処理作用部が仮想的に接するようにして決定するので、データ量の増加を抑制して作業能率の低下を防止できる。
【００８７】
また、不連続部抽出手段は、連続する４つの評価点から、１番目の評価点から２番目の評価点に向かう第１のベクトルと３番目の評価点から４番目の評価点に向かう第２のベクトルのなす角度に基づいて不連続部を抽出するものであることを特徴とするので、このような簡易な方法により不連続部を容易に抽出できる。
【００８８】
そして、不連続部抽出手段は、連続する４つの評価点から、１番目の評価点から２番目の評価点に向かう第１の単位ベクトルと２番目の評価点から３番目の評価点に向かう第２の単位ベクトルとの差である第１の差ベクトルの方向と、第２の単位ベクトルと３番目の評価点から４番目の評価点に向かう第３の単位ベクトルの差である第２の差ベクトルの方向とに基づいて不連続部を抽出するものであることを特徴とするので、不連続部である段差部を容易に抽出できる。
【００８９】
さらに、不連続部抽出手段は、連続する４つの評価点のうち、１番目、２番目及び３番目の評価点からこの３つの評価点の近傍における第１の曲率ベクトルを算出し、２番目、３番目及び４番目の評価点からこの３つの評価点の近傍における第２の曲率ベクトルを算出し、第１及び第２の曲率ベクトルに基づいて不連続部を抽出するものであることを特徴とするので、曲率ベクトルに着目しても不連続部を容易に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施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２】 数値制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】 加工モードを示す説明図である。
【図４】 工具経路サンプル点設定部の詳細動作を示すフローチャートである。
【図５】 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処理の概念を示す説明図である。
【図６】 工具干渉回避の一般的な方法の概念を示す説明図である。
【図７】 曲面と工具位置との関係を示す説明図である。
【図８】 図７の曲面加工における工具経路サンプル点を示す説明図である。
【図９】 工具経路の不連続部抽出の詳細を示すフローチャートである。
【図１０】 不連続部抽出の原理を説明するための説明図である。
【図１１】 抽出された不連続部を示す説明図である。
【図１２】 工具位置データ作成の詳細動作を示すフローチャートである。
【図１３】 距離ΔＤだけ離れた次の工具位置を求めるための処理の概念を示す説明図である。
【図１４】 不連続部近傍における工具位置のデータを示す説明図である。
【図１５】 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１６】 加工対象物の段差部に設定された工具経路サンプル点を示す説明図である。
【図１７】 図１６の段差部抽出部による段差抽出の原理を説明するための説明図である。
【図１８】 別の段差部抽出部による段差抽出の原理を説明するための説明図である。
【図１９】 従来の数値制御工作機械による加工方法を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１１ 軌道データ生成部、１２ 入力データ記憶部、
２０ 工具経路サンプル点設定部、２１ 工具経路サンプル点決定部、
２２ サンプル点バッファ部、３０ 不連続部抽出部、
４０ 工具位置データ作成部、４１ 工具位置判定部、
４２ 指令速度決定部、４３ 工具位置決定部、
４４ 工具位置データバッファ部、５０ 段差部抽出部。
Claims (4)
- 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接するように仮想的に配置して上記処理面の形状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、連続する３つ以上の上記評価点に基づいて上記処理面の形状の不連続部を抽出する不連続部抽出手段、及び上記不連続部近傍において処理作用部の移動速度を所定の速度に減速するようにかつ上記処理面と接するように上記処理作用部を仮想的に配置して処理作用部位置を求めこの求めた処理作用部位置を上記数値制御される装置に与える処理作用部位置データ作成手段を備えた数値制御装置。
- 不連続部抽出手段は、連続する４つの評価点から、１番目の評価点から２番目の評価点に向かう第１のベクトルと３番目の評価点から４番目の評価点に向かう第２のベクトルのなす角度に基づいて不連続部を抽出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。
- 不連続部抽出手段は、連続する４つの評価点から、１番目の評価点から２番目の評価点に向かう第１の単位ベクトルと２番目の評価点から３番目の評価点に向かう第２の単位ベクトルとの差である第１の差ベクトルの方向と、上記第２の単位ベクトルと３番目の評価点から４番目の評価点に向かう第３の単位ベクトルの差である第２の差ベクトルの方向とに基づいて不連続部を抽出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。
- 不連続部抽出手段は、連続する４つの評価点のうち、１番目、２番目及び３番目の評価点からこの３つの評価点の近傍における第１の曲率ベクトルを算出し、２番目、３番目及び４番目の評価点からこの３つの評価点の近傍における第２の曲率ベクトルを算出し、上記第１及び第２の曲率ベクトルに基づいて不連続部を抽出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。
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