JP4126494B2 - 工作機械の干渉監視システム - Google Patents

Description

本発明は、工作機械の干渉監視システムに係り、特に、使用工具に関わる全形状と製品全体との衝突を防止するとともに、切削加工時の切り込み過多を防止する干渉監視装置に関する。

数値制御装置を有する工作機械において、工作機械の加工禁止領域を加工物の形状に等しくなるように予め設定するとともに、使用する工具の刃先位置を検出しまたは検出された刃先の外方に所定寸法を付加した位置を刃先として設定し、検出された刃先または設定された刃先が加工禁止領域内に進入したときに工作機械の制御部に停止指令を送り、作業を中断する工作機械の加工ミス防止装置が知られている(例えば、特許文献１参照)。

２次元平面内での動きを主とする旋盤などの数値制御を有する工作機械において、干渉可能性が高い部材をすべて干渉チェックの対象とし、干渉チェックをすべて２次元平面内のデータを用いて実行し、簡単な形状で干渉の可能性があると判定した場合にのみ、更に詳細な形状で干渉の有無をチェックする干渉チェック装置も提案されている(例えば、特許文献２参照)。

特開昭６２−２６４８４４号公報 (第２，３頁 第１図，第２図) 特開平０５−２３３０５１号公報 (第３，４頁 図１〜図３)

数値制御装置を有する工作機械における加工は、加工プログラムによる自動運転と、機械オペレータが手動で操作する手動運転とに大別される。

自動運転の場合、加工プログラムのバグや機械の誤動作に起因する誤切削が発生し、機械オペレータの手動ハンドル介入に起因する予期不能な衝突が発生するおそれがある。

特許文献１の加工ミス防止装置は、形状の輪郭から定義される禁止領域ボックスを設定し、監視点が禁止領域に入ったか否かをソフトウェアで判定し、このような危険を防止している。

しかし、この加工ミス防止装置では、工具領域が工具刃先の円(刃先Ｒ)の範囲のみであり、領域と点との内包関係によってのみ禁止領域への侵入を判定するので、切刃の反対側や非切削個所の任意輪郭が禁止領域に進入しているか否かを監視することはできない。

一方、手動運転では、工具と製品との衝突や寸法不良による誤切削発生の危険性が高い。その危険性は、工具位置を変更するための手動早送りにおいて最も高くなる。

特許文献１の加工ミス防止装置には、実加工前に加工プログラムのバグ(入力ミス，記述ミス，文法ミス等の誤りまたは不具合)を検証し発見する手段が無く、実加工で禁止領域進入後にのみ停止させる機能であるため、禁止領域に高速で進入したときには、停止距離が長くなり、加工ミス防止機能が作動しても、間に合わず、作りかけた製品を無駄にしてしまうだけでなく、工作機械の故障にもつながる。

また、干渉監視装置が、製品と工具との干渉を検知し、工作機械を停止させたとしても、機械オペレータが干渉する方向に手動で更に移動させる操作ミスを引き起こす場合がある。さらに、干渉状態を回避するつもりの操作中に再度干渉させてしまうこともある。特許文献１の加工ミス防止装置は、これら干渉後の誤操作による誤切削を完全には防止できなかった。

特許文献２の干渉チェック装置は、すべて２次元平面内のデータを用いて干渉をチェックしているために、製品と工具とが３次元的に相対移動する場合は、干渉の有無を把握しにくい。

また、第１段階では、簡単な形状で干渉の可能性を判定しているので、干渉の可能性を見落とすおそれがある。この見落としを防止するために、常に製品の詳細な全体形状と工具の詳細な全体形状とを取り扱いの対象とすると、比較すべきデータの量が膨大になり、干渉チェックの効率が悪くなる。

本発明の目的は、工具に関係する全輪郭と製品全体の輪郭とに基づいて、自動運転，手動運転の違いにかかわらず、工具と製品との高速移動時の衝突を防止し、切削移動時の干渉を防止し、更に干渉後の誤操作を防止する手段を備えた工作機械の干渉監視システムを提供することである。

本発明は、上記目的を達成するために、数値制御装置を有する工作機械の干渉監視システムにおいて、干渉監視準備装置と、加工情報記憶装置と、干渉監視装置とを含み、前記干渉監視準備装置が、加工対象製品の製品輪郭を作成する製品輪郭作成手段と、使用工具の工具輪郭を作成する工具輪郭作成手段と、加工対象製品と使用工具との組合せに関する加工プログラムを作成する加工プログラム作成手段と、作成された加工プログラムのバグの有無を検証する加工プログラム解析手段と、加工対象製品の全形状と使用工具および工作機械の全形状との間で干渉の有無を検証し、加工プログラムがバグを含むかまたは加工対象となる製品の全形状と加工に使用する工具および工作機械の全形状との間で干渉が発生する場合は加工プログラム作成手段に処理を戻す輪郭間干渉判定手段とからなり、前記加工情報記憶装置が、加工プログラムがバグを含まず加工対象となる製品の全形状と加工に使用する工具および工作機械の全形状との間で干渉が発生しない場合に干渉監視準備装置が作成した加工プログラムを含むデータを保存する記憶装置であり、前記干渉監視装置が、加工対象製品の製品輪郭を加工情報記憶装置から呼び出す製品輪郭選択手段と、使用工具の工具輪郭を加工情報記憶装置から呼び出す工具輪郭選択手段と、加工対象製品と使用工具との組合せに関する加工プログラムが加工情報記憶装置にあるか否かを検索し、加工プログラムが有る場合に加工プログラムのバグの有無を検証する加工プログラム解析手段と、当該加工プログラムを用いる際に加工対象製品の全形状と使用工具および工作機械の全形状との間で干渉の有無を検証する輪郭間干渉判定手段と、干渉が無い加工プログラムを数値制御装置の記憶装置に伝送する加工プログラム伝送手段とからなり、干渉監視準備装置および干渉監視装置の輪郭間干渉判定手段が、３次元空間において座標平面を規定する２つの座標軸のうち１つの座標軸に沿う直線により製品輪郭の範囲を等区間の分区に分割し、２つの座標軸にそれぞれ平行な線で工具輪郭を囲み形成される長方形の４つの頂点のうち製品輪郭からの距離が最も遠い頂点を工具輪郭の最大座標点とし製品輪郭からの距離が最も近い頂点を工具輪郭の最小座標点としてそれぞれの工具輪郭の最大座標点と最小座標点の少なくとも一方が存在する分区の組合せに１対１で対応する一連の位相番号ごとにそれぞれの分区に内包される製品輪郭要素を保持し、位相番号ごとに加工対象製品の形状と使用工具および工作機械の形状との間で干渉の有無を検証する工作機械の干渉監視システムを提案する。

本発明においては、分区ごとに存在する位相を随時確認し、製品輪郭側の比較要素を絞り込むので、演算を高速化できる。

前記数値制御装置の加工開始位置出力手段から開始原点を取り込む現在位置取得演算手段と、開始原点から開始された自動運転時または加工プログラムが無い場合の手動運転時に一連に取得した現在位置に基づいて運転速度を演算予測し、運転速度を監視する速度演算予測干渉判定手段と、運転速度が所定値を越えた場合または越えると予測された場合に工作機械に減速信号を送り、工作機械を減速させる予測減速および解除信号出力手段と、選択された工具輪郭と製品輪郭とを用いて加工プログラムと現在位置取得演算手段からの移動量とに基づき輪郭間の干渉の有無を予測し、輪郭間の干渉の有無を判定する輪郭間干渉判定手段と、干渉が予測された場合、工作機械に停止信号を送り、移動軸を停止させる干渉停止および解除信号出力手段とからなる。

干渉監視装置は、自動運転方向または手動運転方向の実停止距離に対して所定差分の衝突余裕だけ離れた予測停止距離に予測工具輪郭を生成し、予測工具輪郭と製品輪郭との間で干渉の有無を判定する予測減速および解除信号出力手段を備えることができる。

製品輪郭要素と工具輪郭要素とが２交点を有し、２交点間の製品輪郭線分と工具輪郭線分との最大距離が所定値以下ならば、２交点を同一点とみなすことが可能である。

製品輪郭要素と工具輪郭要素とが１交点を有し、製品輪郭線分の端点と当該交点を内包する工具輪郭線分との最大距離が所定値以下ならば、端点が工具輪郭線分上にあるとみなし、製品輪郭要素と工具輪郭要素とが２交点を有し、２交点間の製品輪郭線分と工具輪郭線分との最大距離が所定値以下ならば、端点が工具輪郭線分上にあるとみなすこともある。

干渉監視装置は、予測干渉が生じた場合は直ちに工作機械の機械駆動手段を軸停止させ、工具の進行方向ベクトルの向きの逆の向きにのみ移動可能な状態にする干渉停止および解除信号出力手段を備える。

干渉監視装置は、予測干渉が生じて工作機械の機械駆動手段を軸停止させたら、加工プログラムを修正するために干渉監視準備装置の加工プログラム作成手段を起動する。

製品輪郭および工具輪郭は、ベクトルデータ形式で表現することが望ましい。

本発明によれば、自動運転，手動運転にかかわらず、数値制御装置を有する工作機械による加工時に使用する工具輪郭全体と製品輪郭全体との衝突を確実に防止するとともに、干渉による誤切削を防止できる。

本発明においては、まず、干渉監視準備装置が、加工対象製品の全形状と使用工具および工作機械の全形状との間で干渉の有無を検証し、加工プログラムがバグを含むかまたは加工対象となる製品の全形状と加工に使用する工具および工作機械の全形状との間で干渉が発生する場合は、加工プログラム作成手段に処理を戻すので、加工プログラムを実加工前の早期に修正でき、不良発生率を劇的に下げることが可能となる。

実加工の段階では、切削加工速度の場合、従来は輪郭間で干渉が生じると判断して停止しても、実際に輪郭間で干渉が発生することもあったが、本発明においては、輪郭の定義の仕方を改善してあるので、切削誤差を機械加工公差内に抑制でき、致命的な誤切削を防止できる。

一方、実加工の段階で、早送り速度の場合は、従来は干渉が生じると判断して停止しても、干渉量が大きくなり、致命的な誤切削が発生してしまうことになっていたが、本発明においては、減速機能が強力に働き、接触前に確実に停止するので、誤操作による衝突を防止できる。

また、実加工の段階では、干渉監視装置が、加工プログラムに干渉があると判断した場合、または、加工速度の点で干渉が生ずると判断した場合に、加工プログラム作成手段に処理を戻すので、切削移動時の干渉を防止し、更に干渉後の誤操作をより一層防止できる。

さらに、監視作業がシステム化され、無人加工が促進されるので、工数を削減できる。

次に、図１〜図１１を参照して、本発明による工作機械の干渉監視システムの実施形態を説明する。

図１は、本発明による工作機械の干渉監視システムの実施形態の構成を示すブロック図である。

工作機械１は、機械駆動手段２と、数値制御装置３と、各軸移動検出器４とから構成される。数値制御装置３を有する工作機械１は、加工位置を高精度に制御するため、各軸移動検出器４から現在値を取得し、数値制御装置３に戻すフィードバック制御系となっている。

数値制御装置３は、既存制御手段３０２と、加工開始位置出力手段３０４と、補正値出力手段３０６と、干渉停止インタロック３０８と、予測減速インタロック３１０と、記憶装置３１２と、稼動情報出力手段３１４とを備えている。

干渉監視装置５は、工具輪郭選択手段５０２と、製品輪郭選択手段５０４と、監視画面表示手段５０６と、現在位置取得演算手段５０８と、速度演算予測干渉判定手段５１０と、輪郭間干渉判定手段５１２と、干渉停止および解除信号出力手段５１４と、予測減速および解除信号出力手段５１６と、加工プログラム伝送手段５１８と、加工プログラム解析手段５２０と、稼動情報送受信手段５２２とを備えている。

干渉監視準備装置７は、工具輪郭作成手段７０２と、製品輪郭作成手段７０４と、加工プログラム作成手段７０６と、稼動情報取得・表示手段７０８と、工具輪郭選択手段７１０と、製品輪郭選択手段７１２と、監視画面表示手段７１４と、輪郭間干渉判定手段７１６と、加工プログラム解析手段７１８とを備えている。

加工情報記憶装置８は、干渉監視準備装置７で作成された準備情報などを格納しておく記憶装置である。

図２は、図１の工作機械の干渉監視システムにおける干渉監視準備装置および干渉監視装置の処理手順を示すフローチャートである。

ステップＳ１〜Ｓ８は、干渉監視準備装置７における準備作業手順である。

ステップＳ１：干渉監視準備装置７は、監視システムの準備機能を起動し、稼動情報取得・表示手段７０８と監視画面表示手段７１４とを用いて、工作機械のオペレータと対話的に、干渉監視への準備作業を開始する。

ステップＳ２：工作機械のオペレータが、製品輪郭選択手段７１２により加工対象となる製品を指定すると、製品輪郭作成手段７０４は、その製品の製品輪郭を作成する。

ステップＳ３：工作機械のオペレータが、工具輪郭選択手段７１０により加工に使用する工具を指定すると、工具輪郭作成手段７０２は、その工具の工具輪郭を作成する。

ステップＳ４：加工プログラム作成手段７０６は、その加工対象となる製品と加工に使用する工具との組合せに関して、加工プログラムを作成する。

ステップＳ５：加工プログラム解析手段７１８は、作成された加工プログラムのバグの有無を検証する。輪郭間干渉判定手段７１６は、加工対象となる製品の全形状と加工に使用する工具，工作機械の全形状との間で、干渉の有無を検証する。加工プログラムがバグを含む場合、または、加工対象となる製品の全形状と加工に使用する工具，工作機械の全形状との間で、干渉が発生すると判断された場合は、ステップ４に戻り、加工プログラムを修正し、デバッグする。

ステップＳ６：加工プログラム解析手段７１８が、加工プログラムはバグを含まないと判断し、輪郭間干渉判定手段７１６が、加工対象となる製品の全形状と加工に使用する工具，工作機械の全形状との間で、干渉が発生しないと判断したら、干渉監視準備装置７は、作成したデータを加工情報記憶装置８に保存する。

ステップＳ７：干渉監視準備装置７は、監視システムの準備機能を終了する。

ステップＳ９〜Ｓ２５は、干渉監視装置５における作業手順である。

ステップＳ１０：干渉監視装置５は、監視システムの監視機能を起動し、監視画面表示手段５０６を用いて、干渉監視準備装置７で作成されたデータに基づき、監視作業を開始する。

ステップＳ１１：工作機械のオペレータが、加工対象となる製品を指定すると、製品輪郭選択手段５０４は、その製品の製品輪郭を呼び出す。

ステップＳ１２：工作機械のオペレータが、加工に使用する工具を指定すると、工具輪郭選択手段５０２は、その工具の工具輪郭を呼び出す。

ステップＳ１３：加工プログラム解析手段５２０は、加工情報記憶装置８を検索し、加工プログラムの有無を判定する。

ステップＳ１４：加工プログラムが有る場合、加工プログラム解析手段５２０は、加工プログラムのバグの有無を検証する。輪郭間干渉判定手段５１２は、その加工プログラムを用いる際に、加工対象となる製品の全形状と加工に使用する工具，工作機械の全形状との間で、干渉の有無を検証する。加工プログラムがバグを含む場合、または、加工対象となる製品の全形状と加工に使用する工具，工作機械の全形状との間で、干渉が発生すると判断された場合は、ステップ４に戻り、加工プログラムを修正し、デバッグする。

ステップＳ１５：加工プログラム伝送手段５１８は、干渉が無い加工プログラムを上記数値制御装置３の記憶装置３１２に伝送する。

ステップＳ１６：加工開始位置出力手段３０４は、干渉監視装置５の現在位置取得演算手段５０８に開始原点を送信する。

ステップＳ１７：工作機械１の既存制御手段３０２は、自動運転を開始する。

ステップＳ１８：一方、ステップ１４で、加工プログラムが無い場合は、手動運転になる。この場合も、加工開始位置出力手段３０４は、干渉監視装置５の現在位置取得演算手段５０８に開始原点を送信する。

ステップＳ１９：工作機械１のオペレータは、手動運転を開始する。

ステップＳ２０：自動運転の場合も、手動運転の場合も、速度演算予測干渉判定手段５１０は、一連に取得した現在位置に基づいて、運転速度を演算予測し、運転速度を監視する。

ステップＳ２１：予測減速および解除信号出力手段５１６は、運転速度が所定値を越えた場合または越えると予測された場合、工作機械１の予測減速インタロック３１０に減速信号を送り、工作機械１を減速させる。

ステップＳ２２：輪郭間干渉判定手段５１２は、工具輪郭選択手段５０２と製品輪郭選択手段５０４とで選択された工具輪郭と製品輪郭とを用いて、加工プログラム解析手段５２０からの加工プログラムと現在位置取得演算手段５０８からの移動量とに基づき、輪郭間の干渉の有無を予測し、輪郭間の干渉の有無を判定する。

ステップＳ２３：干渉停止および解除信号出力手段５１４は、干渉が予測された場合、工作機械１の干渉停止インタロック３０８に停止信号を送り、移動軸を停止させる。移動軸が停止したら、干渉監視準備装置７のステップ４(加工プログラム作成)に戻り、加工プログラムを修正し、その後の手順を繰り返す。

ステップＳ２４：工作機械１は、干渉が無い場合、運転を継続し、加工が完了したら、運転を終了する。

ステップＳ２５：干渉監視装置５は、監視動作を終了する。

なお、その間の加工経過や工具輪郭と製品輪郭との相対的位置関係は、監視画面表示手段５０６に表示される。

図３は、図１の工作機械の干渉監視システムの監視画面表示手段５０６に表示されるメインメニューの構成の一例を示す図である。

メニューバーＷ１は、ウィンドウ操作のためのコマンド用のメニューバーであり、フレームＷ２は、干渉か否かの状態を表示する監視状態表示欄である。

押しボタンＷ３は、製品輪郭選択手段５０４，７１２の起動ボタンであり、押しボタンＷ４は、工具輪郭選択手段５０２，７０２の起動ボタンである。押しボタンＷ５は、加工プログラム解析(検証)手段５２０，７１８の起動ボタンである。押しボタンＷ６は、加工プログラム伝送手段５１８の起動ボタンである。

押しボタンＷ７は、干渉監視装置５の監視開始の起動ボタンであり、押しボタンＷ８は、干渉監視装置５の監視終了の起動ボタンである。押しボタンＷ９は、監視精度設定の起動ボタンである。押しボタンＷ１０は、製品輪郭作成手段７０４の起動ボタンであり、押しボタンＷ１１は、工具輪郭作成手段７０２の起動ボタンである。

Ｗ１２は、製品輪郭の名称表示欄であり、Ｗ１３およびＷ１４は、工具輪郭の情報表示欄であり、Ｗ１５は、移動速度表示欄であり、Ｗ１６は、現在位置の座標表示欄であり、Ｗ１７は、加工開始位置の座標表示欄である。

Ｗ１９は、監視画面表示手段５０６の製品輪郭の表示例であり、Ｗ２０は、工具輪郭の現在位置の表示例である。検証状況の推移も、例えば点線でグラフィック表示される。

Ｗ１８は、部分拡大表示の起動ボタンであり、拡大表示においては、工具輪郭の制御点が常に中心に表示され、表示倍率を任意に変更できる。Ｗ２１は、部分拡大表示ウィンドウであり、Ｗ２２は、拡大指示ボタンである。

Ｗ２３は、製品輪郭と工具輪郭との最短距離の表示欄であり、Ｗ２４は、水平距離の表示欄であり、Ｗ２５は、垂直距離の表示欄であり、加工開始時の位置確認に利用する。

Ｗ２６は、閉じボタンであり、Ｗ２７は、製品輪郭の拡大された表示例であり、Ｗ２８は、工具輪郭の現在位置の拡大された表示例である。

検証後に問題が無ければ、加工プログラム伝送手段５１８は、検証した加工プログラムを数値制御装置３の記憶装置３１２に伝送する。

次に、自動運転，手動運転にかかわらず、数値制御装置３の入力装置から、加工開始位置を送信するコードを入力する。この操作により、加工開始位置が、数値制御装置３から干渉監視装置５の現在位置取得演算手段５０８に送信され、干渉監視が開始される。

本発明では、機械移動の位置をオンラインで検出し、製品輪郭と工具輪郭との干渉を随時判定し、速度演算予測干渉判定手段で干渉を予測判定するため、数値制御装置３が各軸移動検出器４から取得する位置情報を干渉監視装置５の現在位置取得演算手段５０８にも分岐している。

以後、終了まで、機械移動，工具輪郭と製品輪郭との干渉判定，予測干渉判定をリアルタイムに繰り返す。

図４は、工具輪郭Ｔ９の比較要素および製品輪郭Ｔ１０の比較要素の絞り込み方法の一例を示す図であり、図５は、図４の例における工具輪郭Ｔ９の比較要素と製品輪郭Ｔ１０の比較要素との関係を位相番号ごとに保持する図表の一例を示す図である。

製品輪郭Ｔ１０の範囲を分区１〜分区３のように分区と呼ぶ等区間に分割し、それぞれの分区に内包される製品輪郭要素ｆ(1)〜ｆ(5)を、図５のように、位相番号ごとに保持する。図４では、便宜上、図面上方向をＸ軸プラス方向、図面右方向をＺ軸プラス方向とする。Ｘ−Ｚ平面では、工具輪郭Ｔ３を囲みＸ方向とＺ方向にそれぞれ平行な破線で示す長方形の４つの頂点のうちで、製品輪郭ｆ(1)〜ｆ(8)からの距離が最も遠い頂点Ｐ１を工具輪郭の最大座標点と定義し、製品輪郭ｆ(1)〜ｆ(8)からの距離が最も近い頂点Ｐ２を工具輪郭の最小座標点と定義する。

位相番号とは、それぞれの工具輪郭の最大座標点Ｐ１と最小座標点Ｐ２の少なくとも一方が存在する分区の組合せに１対１で対応する一連番号である。図４の例は、分区幅Ｄが工具輪郭の最大幅Ｗよりも大きい場合を示している。工具は随時移動しているので、Ｐ１とＰ２も随時移動し、存在する位相番号が変化する。

図４は、工具輪郭Ｔ１〜Ｔ５によりある時間における工具の遷移の状況を示している。図５は、図４の工具輪郭が、分区１〜分区３を遷移する際に発生する工具輪郭の最大座標点Ｐ１と最小座標点Ｐ２が包含される分区の５パターンに対応する製品輪郭の包含要素を示す。図５のように分区が決まると、分区のパターンごとに内包される製品要素が予め決まるので、工具遷移ごとに最大座標点Ｐ１と最小座標点Ｐ２がどの分区に含まれるかを判定し、分区のパターンを判定すれば、対比する製品要素数が限定されて、計算効率が上がる。したがって、存在する位相番号を随時確認し、製品輪郭側の比較要素を絞り込むと、演算を高速化できる。

工具輪郭も工具の向きに応じて製品に近い場合が多い刃先側の要素から比較している。この比較手順により、工具輪郭の各要素が近傍の製品輪郭要素とどのように交点を持ったかにより、干渉の有無を判定する。

なお、図を見やすくするために、ここでは工具取付具輪郭を図示していないが、工具取付具輪郭についても、位相番号ごとに製品輪郭との干渉の有無を判定する。

本発明では、工具輪郭要素と製品輪郭要素との間での接点が生じた場合および製品輪郭要素端点が工具輪郭上に存在する場合は、切削作業中であるとして、使用工具と製品との衝突や切り込み過多が生ずる干渉が発生したとは判定しない。

図６は、輪郭間干渉判定手段５１２における輪郭要素の交点判定基準の具体例を示す図である。

本実施形態においては、演算誤差や機械移動の補償精度の限界を吸収するために、交点発生時の状態を図６のように分類し、２交点の同位置判定については交点判定基準１を追加し、干渉距離許容判定については交点判定基準２を追加し、判定基準を緩和している。

まず、２交点の同位置判定については、ほぼ直線状の製品輪郭線分と工具輪郭円弧とが２個の交点を共有するときは、交点間の距離Ｗが定数α1以下ならば、２交点は同一点すなわち接点とみなす。

製品輪郭円弧と工具輪郭円弧とが２個の交点を共有するときも、交点間の距離Ｗが定数α1以下ならば、２交点は同一点すなわち接点とみなす。

次に、干渉距離許容判定については、工具輪郭線分と製品輪郭線分とが交差し、製品輪郭線分の端点が工具輪郭内側に内包されている場合は、交点から内包点までの距離δが定数α2以下ならば、端点がライン上にあるとみなす。

工具輪郭線分と製品輪郭線分とが交差し、製品輪郭線分の端点が工具輪郭円弧内側に内包されている場合は、交点から内包点までの距離δが定数α2以下ならば、端点がライン上にあるとみなす。

ほぼ直線状の製品輪郭線分と工具輪郭円弧とが２個の交点を共有するときは、工具輪郭円弧とほぼ直線状の製品輪郭線分との最大距離がδが定数α2以下ならば、２交点は同一点すなわち接点とみなす。

工具輪郭円弧と製品輪郭円弧とが交差し、製品輪郭円弧の端点が工具輪郭円弧内側に内包されている場合は、製品輪郭円弧から端点までの距離δが定数α2以下ならば、端点がライン上にあるとみなす。

製品輪郭円弧と工具輪郭円弧とが２個の交点を共有するときも、両円弧間の最大距離δが定数α2以下ならば、２交点は同一点すなわち接点とみなす。

監視中に輪郭間の干渉が予測された場合または発生した場合には、干渉監視装置５の干渉停止および解除信号出力手段５１４から数値制御装置３の干渉停止インターロック３０８に停止信号を送信する。

図７は、速度演算予測干渉判定手段５１０における工具速度に基づく予測停止距離Ｄの計算方式を示す図である。

工具輪郭の推移から移動速度を計算し、現在位置の工具輪郭から移動速度に応じた停止距離Ｄに予測工具輪郭を作成する。この予測工具輪郭と製品輪郭との干渉交点が存在するか否かを判定し、干渉の発生を予測する。

なお、ここでは、図示の都合上、Ｘ−Ｚ平面における移動速度を扱っているが、Ｙ軸方向の移動速度成分がある場合、本発明においては、３次元空間での移動速度に基づいて、工具輪郭と製品輪郭との干渉交点が存在するか否かを判定し、干渉の発生を予測する。

その際には、移動速度のベクトルのみならず、工具輪郭および製品輪郭もベクトルデータとして表現すると、工具輪郭と製品輪郭との干渉交点が存在するか否かを表示装置上で３次元的に明確に把握し、確認できる。

図８は、予測減速および解除信号出力手段５１６において予測停止距離と実停止距離との差分δとにより衝突を防止する様子を示す図である。

予測停止距離に予測工具輪郭を生成し、実停止距離に実停止位置工具輪郭を生成すると、差分δだけ衝突余裕がある。このように、予測停止距離と実停止距離との差分δがあれば、製品輪郭と実停止位置工具輪郭とが衝突することはない。

もし、予測干渉が生じた場合は、予測減速および解除信号出力手段５１６が、数値制御装置３の予測減速インターロック３１０に予測減速信号を直ちに送信し、機械駆動手段２を減速させる。

減速後は、予測減速および解除信号出力手段５１６が、予測減速インターロック３１０に予測減速解除信号を送信し、減速を解除する。

図９は、速度演算予測干渉判定手段５１０に用いる減速速度と予測停止距離Ｄと実停止距離との関係を示す図である。

工具移動中に工具速度が減速速度Ｖのいずれかに該当する場合は、実停止距離よりも予め大きく設定した予測停止距離Ｄの予測位置に予測工具輪郭を生成し、予測工具輪郭と製品輪郭との間で干渉の有無を判定する。

予測停止距離Ｄが実停止距離よりも大きいので、その減速速度で停止した場合、工具輪郭が製品輪郭に衝突することはない。

図１０は、干渉停止および解除信号出力手段５１４における工具退避方向を示す図である。

予測干渉が生じた場合は、直ちに機械駆動手段２を軸停止させ、ベクトル的にみて、工具の進行方向ベクトルの向き（−Ｖ）の逆の向き（Ｖ１）にのみ移動可能な状態にするインターロックを働かせる。

工作機械のオペレータは、アンロックし、進行方向Ｖ1側にのみ移動可能な状態で工具を退避させ、干渉を解消する。このアンロック後の進行方向Ｖ1は、干渉回避側であり、２次的な干渉が生じない。

なお、本実施形態では、干渉監視装置に必要な情報を外部でも作成できるようにするため、干渉監視準備装置７と準備情報を格納しておく加工情報記憶装置８とを備えており、加工作業と準備作業とを並行して実行できる。

図１１は、工具輪郭作成手段７０２の輪郭作成機能を説明する図である。

手順１：工具輪郭選択手段７１０が、１つの工具取付具を選択すると、合せ点Ａ，合せ点Ｂ，合せ点Ｃを持つ工具取付具輪郭が指定される。

手順２：工具輪郭選択手段７１０が、１つの工具を選択すると、合せ点Ｄを持つ工具輪郭が指定される。

手順３：工具輪郭作成手段７０２は、工具輪郭の合せ点Ｄと例えば工具取付具輪郭の合せ点Ｂとを対応付けて、工具輪郭を合成する。

手順４：工具輪郭作成手段７０２は、工具輪郭を反転配置しまたは回転配置し、取付方向を変更する。

手順５：工具輪郭作成手段７０２は、取付方向が決まったら、合せ点Ｄを含む工具と工具取付具との境界線を削除し、工具輪郭を完成する。

本発明による工作機械の干渉監視システムの実施形態の構成を示すブロック図である。 図１の工作機械の干渉監視システムにおける干渉監視準備装置７および干渉監視装置５の処理手順を示すフローチャートである。 図１の工作機械の干渉監視装置５の監視画面表示手段５０６に表示されるメインメニューの構成の一例を示す図である。 工具輪郭Ｔ９の比較要素および製品輪郭Ｔ１０の比較要素の絞り込み方法の一例を示す図である。 図４の例における工具輪郭Ｔ９の比較要素と製品輪郭Ｔ１０の比較要素との関係を位相番号ごとに保持する図表の一例を示す図である。 輪郭間干渉判定手段５１２における輪郭要素の交点判定基準の具体例を示す図である。 速度演算予測干渉判定手段５１０における工具速度に基づく予測停止距離Ｄの計算方式を示す図である。 予測減速および解除信号出力手段５１６において予測停止距離と実停止距離との差分δにより衝突を防止する様子を示す図である。 速度演算予測干渉判定手段５１０に用いる減速速度と予測停止距離Ｄと実停止距離との関係を示す図である。 干渉停止および解除信号出力手段５１４における工具退避方向を示す図である。 工具輪郭作成手段７０２の輪郭作成機能を説明する図である。

符号の説明

１ 工作機械
２ 機械駆動手段
３ 数値制御装置
３０２ 既存制御手段
３０４ 加工開始位置出力手段
３０６ 補正値出力手段
３０８ 干渉停止インタロック
３１０ 予測減速インタロック
３１２ 記憶装置
３１４ 稼動情報出力手段
４ 各移動軸位置検出手段
５ 干渉監視装置
５０２ 工具輪郭選択手段
５０４ 製品輪郭選択手段
５０６ 監視画面表示手段
５０８ 現在位置取得演算手段
５１０ 速度演算予測干渉判定手段
５１２ 輪郭間干渉判定手段
５１４ 干渉停止および解除信号出力手段
５１６ 予測減速および解除信号出力手段
５１８ 加工プログラム伝送手段
５２０ 加工プログラム解析手段
５２２ 稼動情報送受信手段
７ 干渉監視準備装置
７０２ 工具輪郭作成手段
７０４ 製品輪郭作成手段
７０６ 加工プログラム作成手段
７０８ 稼動情報取得・表示手段
７１０ 工具輪郭選択手段
７１２ 製品輪郭選択手段
７１４ 監視画面表示手段
７１６ 輪郭間干渉判定手段
７１８ 加工プログラム解析手段
８ 加工情報記憶装置

Claims (8)

1. 数値制御装置を有する工作機械の干渉監視システムにおいて、
   干渉監視準備装置と、加工情報記憶装置と、干渉監視装置とを含み、
   前記干渉監視準備装置が、加工対象製品の製品輪郭を作成する製品輪郭作成手段と、使用工具の工具輪郭を作成する工具輪郭作成手段と、前記加工対象製品と前記使用工具との組合せに関する加工プログラムを作成する加工プログラム作成手段と、作成された加工プログラムのバグの有無を検証する加工プログラム解析手段と、前記加工対象製品の全形状と前記使用工具および工作機械の全形状との間で干渉の有無を検証し、加工プログラムがバグを含むかまたは加工対象となる製品の全形状と加工に使用する工具および工作機械の全形状との間で干渉が発生する場合は前記加工プログラム作成手段に処理を戻す輪郭間干渉判定手段とからなり、
   前記加工情報記憶装置が、加工プログラムがバグを含まず加工対象となる製品の全形状と加工に使用する工具および工作機械の全形状との間で干渉が発生しない場合に前記干渉監視準備装置が作成した加工プログラムを含むデータを保存する記憶装置であり、
   前記干渉監視装置が、前記加工対象製品の製品輪郭を前記加工情報記憶装置から呼び出す製品輪郭選択手段と、前記使用工具の工具輪郭を前記加工情報記憶装置から呼び出す工具輪郭選択手段と、前記加工対象製品と前記使用工具との組合せに関する加工プログラムが前記加工情報記憶装置にあるか否かを検索し、加工プログラムが有る場合に前記加工プログラムのバグの有無を検証する加工プログラム解析手段と、当該加工プログラムを用いる際に加工対象製品の全形状と前記使用工具および工作機械の全形状との間で干渉の有無を検証する輪郭間干渉判定手段と、干渉が無い加工プログラムを前記数値制御装置の記憶装置に伝送する加工プログラム伝送手段とからなり、
   前記干渉監視準備装置および干渉監視装置の輪郭間干渉判定手段が、３次元空間において座標平面を規定する２つの座標軸のうち１つの座標軸に沿う直線により前記製品輪郭の範囲を等区間の分区に分割し、前記２つの座標軸にそれぞれ平行な線で前記工具輪郭を囲み形成される長方形の４つの頂点のうち前記製品輪郭からの距離が最も遠い頂点を工具輪郭の最大座標点とし前記製品輪郭からの距離が最も近い頂点を工具輪郭の最小座標点としてそれぞれの工具輪郭の最大座標点と最小座標点の少なくとも一方が存在する分区の組合せに１対１で対応する一連の位相番号ごとにそれぞれの分区に内包される製品輪郭要素を保持し、前記位相番号ごとに前記加工対象製品の形状と前記使用工具および工作機械の形状との間で干渉の有無を検証することを特徴とする工作機械の干渉監視システム。
2. 請求項１に記載の工作機械の干渉監視システムにおいて、
   前記数値制御装置の加工開始位置出力手段から開始原点を取り込む現在位置取得演算手段と、
   前記開始原点から開始された自動運転時または加工プログラムが無い場合の手動運転時に一連に取得した現在位置に基づいて運転速度を演算予測し、運転速度を監視する速度演算予測干渉判定手段と、
   運転速度が所定値を越えた場合または越えると予測された場合に前記工作機械に減速信号を送り、工作機械を減速させる予測減速および解除信号出力手段と、
   選択された工具輪郭と製品輪郭とを用いて前記加工プログラムと現在位置取得演算手段からの移動量とに基づき輪郭間の干渉の有無を予測し、輪郭間の干渉の有無を判定する輪郭間干渉判定手段と、
   干渉が予測された場合、前記工作機械に停止信号を送り、移動軸を停止させる干渉停止および解除信号出力手段とからなることを特徴とする工作機械の干渉監視システム。
3. 請求項２に記載の工作機械の干渉監視システムにおいて、
   前記干渉監視装置が、前記自動運転方向または手動運転方向の実停止距離に対して所定差分の衝突余裕だけ離れた予測停止距離に予測工具輪郭を生成し、予測工具輪郭と製品輪郭との間で干渉の有無を判定する予測減速および解除信号出力手段を備えたことを特徴とする工作機械の干渉監視システム。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の工作機械の干渉監視システムにおいて、
   製品輪郭要素と工具輪郭要素とが２交点を有し、前記２交点間の製品輪郭線分と工具輪郭線分との最大距離が所定値以下ならば、２交点を同一点とみなすことを特徴とする工作機械の干渉監視システム。
5. 請求項１ないし４のいずれか一項に記載の工作機械の干渉監視システムにおいて、
   製品輪郭要素と工具輪郭要素とが１交点を有し、製品輪郭線分の端点と当該交点を内包する工具輪郭線分との最大距離が所定値以下ならば、前記端点が工具輪郭線分上にあるとみなし、
   製品輪郭要素と工具輪郭要素とが２交点を有し、前記２交点間の製品輪郭線分と工具輪郭線分との最大距離が所定値以下ならば、前記端点が工具輪郭線分上にあるとみなすことを特徴とする工作機械の干渉監視システム。
6. 請求項２ないし５のいずれか一項に記載の工作機械の干渉監視システムにおいて、
   前記干渉監視装置が、予測干渉が生じた場合は直ちに前記工作機械の機械駆動手段を軸停止させ、工具の進行方向ベクトルの向きの逆の向きにのみ移動可能な状態にする干渉停止および解除信号出力手段を備えたことを特徴とする工作機械の干渉監視システム。
7. 請求項１ないし６のいずれか一項に記載の工作機械の干渉監視システムにおいて、
   前記干渉監視装置が、予測干渉が生じて工作機械の機械駆動手段を軸停止させたら、加工プログラムを修正するために前記干渉監視準備装置の前記加工プログラム作成手段を起動することを特徴とする工作機械の干渉監視システム。
8. 請求項１ないし７のいずれか一項に記載の工作機械の干渉監視システムにおいて、
   前記製品輪郭および前記工具輪郭がベクトルデータ形式で表現されていることを特徴とする工作機械の干渉監視システム。

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