JP5030628B2 - 干渉チェックシステム - Google Patents

Description

数値制御装置で制御される工作機械における干渉チェックシステムに関する。

数値制御装置で制御される工作機械等においては、移動軸が駆動されると、その移動軸の移動に応じて移動する移動体と、移動可能範囲内にある工具、ワーク、テーブルなどの干渉が発生する恐れのある機械の他の部分との干渉を事前にチェックし、実際に干渉が発生する前に機械の干渉を検出し、機械の動作を停止させる等の３次元干渉チェック機能を備えるものがある。

この３次元干渉チェック機能を備える装置は、機械、ワーク、工具などの形状情報（モデル）を装置内に持ち、移動軸の移動に応じてモデルである移動体と他の干渉物との間で干渉が発生するか否かを事前に時々刻々計算して検出する。

特に、数値制御装置で制御される工作機械を手動操作するとき、手動により機械の移動軸を実際に移動させるものであることから、この移動軸とともに移動する移動体と他のものと干渉が発生する恐れがあり、この干渉チェック機能によって、モデル形状情報により仮想的に干渉が発生するか否か事前に時々刻々判別し、干渉が発生しないと判別されたとき実際に移動軸を手動で移動させるようにしている。

例えば、移動体の軸移動に伴い干渉が発生し得る素材、治具、工具、工作機械要素などの３次元データをモデルとして登録しておき、手動操作指令が入力されると、その手動送り軸と手動送り方向に従って、現在位置より一定距離加算した位置の移動体の３次元データと干渉物の３次元データより３次元空間での重なりの有無をチェックし所定周期毎実行し、重なりがなければ、関数発生器より関数を発生させて送り軸を駆動し移動させる。又、重なりがあり、干渉ありと判断されたときには、干渉位置を判別し、前回干渉なしと判別された位置方向に所望の距離だけ離れた位置に減速停止させるようにした発明が知られている（特許文献１参照）。

この３次元干渉を検出する一つの形態としては、パソコン等の干渉チェック用装置を用い、数値制御装置から出力される機械位置を用い、該干渉チェック用装置内にあるＣＡＤ等のソフトウェアで機械の動作をシミュレーションして干渉チェックを行う方法や、又、数値制御装置内でこの干渉チェック機能を設けたものがある。

特開２００６−５９１８７号公報

従来の干渉チェック機能では、所定周期毎、移動体と干渉物の干渉が発生しないかの干渉チェックを行い、干渉が発生するような場合には、軸停止を行うようにしている。
干渉チェック用装置（パソコン）を用いて３次元干渉チェックを行う場合では、所定周期毎、移動体と干渉物の干渉を検出し、干渉が発生しなければ数値制御装置に軸移動可能を指令し、干渉が発生するような場合には、数値制御装置側に軸移動を停止するよう指令する。このため、干渉チェック機能を実行するために要する時間として、数値制御装置と干渉チェック用装置との間でデータ交換のための通信時間、移動体のモデルと他の干渉物のモデルが干渉しないかの干渉チェックの計算時間等があり、干渉チェックのために軸移動動作が遅れる可能性がある。又、干渉を検出してから軸移動が停止するまでに遅れ時間があるので、干渉チェックする周期時間は、この軸移動停止までの遅れを考慮しておかねばならず、細かい周期での監視ができないという問題がある。そのため、干渉チェック周期時間が長くなり、厳密な干渉チェックができないという問題がある。

数値制御装置内に干渉チェック機能を設けた場合でも、従来は、所定周期毎、干渉チェックを行うものであることから、干渉チェック用装置で干渉チェックを行う場合と比較し、通信時間の遅れはないとしても、所定周期毎、移動体のモデルと他の干渉物のモデルとの干渉チェックを行う計算処理を必要とし、この処理時間分の遅れや、前述した干渉を検出してから軸移動が停止するまでに遅れ時間を考慮する、干渉チェックの周期時間を短くすることは難しく、その結果、厳密な干渉チェックができないという問題がある。

そこで、本発明の目的は、手動操作時の干渉チェックを簡単に、より厳密に、容易にできる干渉チェックシステムを提供することにある。

数値制御装置で制御される工作機械の手動運転時に、工作機械の各部間の干渉をチェックする干渉チェックシステムにおいて、本願請求項１に係る発明は、移動軸の１つが手動運転により操作される操作軸として選択された際、工作機械の各移動軸の現在位置情報と前記操作軸の情報を数値制御装置から受け取り、受け取った情報および工作機械の各部の形状情報を用いて、前記操作軸の移動で移動する移動体以外は前記現在位置に留まる場合に工作機械内で干渉が発生するような操作軸上の位置を計算し、干渉位置情報として数値制御装置に通知する干渉位置計算装置を備え、手動運転時には、数値制御装置は干渉位置情報が通知された後、前記操作軸の移動を開始させ、前記干渉位置情報と前記操作軸の現在位置とに基づいて干渉チェックを行い、干渉を検知したら移動軸を停止させる干渉チェックシステムである。

又、請求項２に係る発明は、干渉位置計算装置を設けずに、この干渉位置計算装置の機能を数値制御装置内に設けたものであって、
移動軸の１つが手動運転により操作される操作軸として選択された際、数値制御装置は、工作機械の各移動軸の現在位置情報と前記操作軸の情報および工作機械の各部の形状情報を用いて、前記操作軸の移動で移動する移動体以外は現在位置に留まる場合に工作機械内で干渉が発生するような操作軸上の位置を干渉位置情報として求める手段と、干渉位置情報が求められた後、操作された前記操作軸の移動を開始させ、前記干渉位置情報と前記操作軸の現在位置とに基づいて干渉チェックを行い、干渉を検知したら移動軸を停止させる手段を備えたことを特徴とする干渉チェックシステム。

請求項３に係る発明は、前記干渉位置情報に基づいて、数値制御装置は操作された移動軸の移動停止指令を出したとき工作機械の他の部分と干渉を発生させない移動範囲の最大値と最小値を求めストロークリミット値として設定し、ストロークリミットチェックを行うことにより干渉チェックを行うようにしたものである。

手動運転では、軸移動を１軸ずつ行うことから、操作される移動軸の移動によって干渉が生じる移動軸の位置を工作機械の各部の形状情報によって干渉位置情報として求めることができる。この干渉位置情報によって、干渉が発生するかをチェックすることから、単に操作された軸の位置のみで干渉チェックができることになり、簡単で、容易でかつ、短時間で干渉チェックができ、厳密な干渉チェックができる。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態の概要図である。この第１の実施形態では、工作機械を制御する数値制御装置１０とパーソナルコンピュータ等で構成される干渉位置計算装置２０で干渉チェックシステムが構成されている。数値制御装置１０や干渉位置計算装置２０のハードウェアの構成は、従来の数値制御装置や干渉チェック用装置と変わりはなく、手動操作開始時に干渉チェックのためにストロークリミットを設定し、該ストロークリミットに基づいて干渉をチェックする機能の後述するソフトウェアが数値制御装置のメモリ内に格納されている点で相違するものである。そのため、図１では、簡単にその機能を表す内容のみを記載している。

数値制御装置１０は工作機械を制御するもので、図１では工作機械の移動軸を駆動するサーボモータＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚを駆動するアンプＡｘ、Ａｙ、Ａｚとの接続のみを図示している。工作機械の主軸を駆動するスピンドルアンプやその他のアクチュエータやセンサにも接続されているが、本発明において直接関係しないことから、図１では省略している。又、数値制御装置１０は、さらに、干渉位置計算装置２０に接続されており、この干渉位置計算装置２０には、従来の干渉チェック用装置と同じように、各移動軸の移動によってそれぞれ移動する移動体のモデルの形状情報（３次元形状データ）や、干渉が発生する恐れのある、機械要部、ワーク、治具、工具などのモデルの形状情報（３次元形状データ）が格納され、移動軸の位置に応じて、干渉が発生する位置の計算処理がなされる構成となっている。この点は従来と格別差異はない。

数値制御装置１０が手動運転モードに設定され、移動軸が選択され操作され、手動運転１１が開始されると、補間処理部１２で補間処理がなされて、選択され操作された移動軸（以下この選択操作される移動軸を操作軸という）への移動指令が出力され、アンプを介して、操作軸のサーボモータが駆動される。

本実施形態では、手動操作モードに設定され、操作軸が選択されたとき、この選択された操作軸と、各移動軸の位置情報が干渉位置計算装置２０に送信される。干渉位置計算装置２０では、受信した各移動軸の位置情報より、選択されている操作軸の移動体のモデル（形状情報）と他のモデル（形状情報）との干渉が発生する、操作軸の移動位置の最大値、最小値を求め、数値制御装置１０に送信する。数値制御装置１０は、この最大値、最小値に予め設定されている所定量を付加してストロークリミット値を当該操作軸のストロークチェック部１３として設定する。すなわち、移動軸を減速停止しても干渉が発生しないように設定された所定量を、最大値より差し引き、又、最小値に加算して、これをストロークリミットとして設定する。その後、上述した補間処理を行い操作軸のモータを駆動し、操作軸の移動体を手動送りする。

図２は、この第１の実施形態における数値制御装置１０のプロセッサが手動運転時の干渉チェック処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。
まず、手動運転モードに設定されているか（ステップａ１）、手動運転モードに設定されていなければ、この処理は終了する。又、手動運転モードに設定されていると、手動で操作する操作軸が選択されたか判断する（ステップａ２）。以下、手動運転モードに設定されている間、ステップａ１、ａ２の処理を実行する。そして、手動操作する操作軸が選択されると該選択された操作軸（例えば、Ｘ軸又はＹ軸又はＺ軸）の情報と、各移動軸の現在位置情報を干渉位置計算装置２０に送信し（ステップａ３）、干渉位置計算装置２０から操作軸の干渉位置を示す最小値、最大値が送られてくるのを待つ（ステップａ４）。

干渉位置計算装置２０では、送られてきた各移動軸の位置情報と操作軸情報に基づいて、操作軸の移動体のモデル（形状情報）が他の移動軸の移動体のモデル（形状情報）や工具、治具、ワーク、機械要部の各モデル（形状情報）などの他の部分と干渉が発生する位置の最小値（最小移動位置）、最大値（最大移動位置）を求め、数値制御装置１０に送る。
数値制御装置１０は、干渉位置計算装置２０から操作軸の移動可能位置の最小値、最大値を受信すると（ステップａ４）、この最小値に設定所定量を加算し、又、最大値に設定所定量を減じての操作軸のストロークリミット値を求めて設定する（ステップａ５）。なお、この設定所定量は、操作軸の移動を停止させるために、停止指令を出して減速停止させるのに要する距離に基づいて決められ、設定されるものである。そして、操作軸の操作に応じて補間処理を行い、移動指令を操作軸に出力するとともに（ステップａ６）、該操作軸の位置が設定したストロークリミット内か監視を行う（ステップａ７）。ストロークリミットを超えたか（ステップａ８）、運転のモードの切り換えがなされたか（ステップａ９）、操作軸の切り換えがなされたか（ステップａ１０）の判断を行う。操作軸がストロークリミットを超えず、運転のモードの切り換えも、操作軸の切り換えもない場合は、ステップａ６に戻り、操作軸の操作に基づいた移動指令の出力と操作軸の位置がストロークリミット内かの監視処理を実行する。

そして、操作軸の位置が設定されているストロークリミットを超えたと判断されたときには、移動指令の出力を停止し、操作軸のサーボモータを停止させ、操作軸の移動を停止させる（ステップａ１１）。
又、運転モードが手動運転以外のモードに切り換えられたときは、この処理を終了する。
又、操作軸が切り換えられて別の操作軸が選択されるとステップａ３に戻り、ステップａ３以下の処理がなされ、選択された操作軸のストロークリミットが、他の移動軸の移動体のモデルや他の要素のモデルに基づいて得られる最小値、最大値に基づいて、同様にストロークリミットが設定され、このストロークリミットにより当該操作軸の干渉チェックがなされることになる。

以上のように、本実施形態では、手動運転時の操作軸が選択された時点での他の移動軸の位置に基づいて、その操作軸の移動可能範囲で干渉を防止できる範囲がストロークリミットとして設定され、以後は、操作軸が変更されない限りこの設定されたストロークリミット内に操作軸の位置があるか否かの判断により、干渉がチェックされることになる。この干渉チェックがモデルによるチェックではなく、操作軸の位置でのチェックであることから、簡単に短時間で干渉チェックを行うことができるものである。

図３は、本発明の第２の実施形態における数値制御装置のプロセッサが手動運転時の干渉チェック処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。
この第２の実施形態は、第１の実施形態における干渉位置計算装置２０を設けず、該干渉位置計算装置２０のモデル（形状情報）による干渉チェック機能を数値制御装置１０内に設けたものである。すなわち、干渉チェック機能を内部に有する数値制御装置を用いるものである。

数値制御装置１０内には、各移動軸の移動によってそれぞれ移動する移動体のモデルの形状（３次元形状データ）や、干渉が発生する恐れのある、機械要部、ワーク、治具、工具などのモデルの形状（３次元形状データ）が格納され、移動軸の位置に応じて、干渉が発生する位置の計算処理がなされるソフトウェアが格納されている。このソフトウェアによってモデルにより干渉チェックがなされる。

図３に示すこの第２の実施形態の干渉チェック処理は、第１の実施形態のステップａ３〜ａ５の処理がステップｂ３に代わるだけであり、第２の実施形態のステップｂ１、ｂ２は、第１の実施形態のステップａ１、ａ２の処理と同じ、又、第２の実施形態のステップｂ４〜ｂ９は、第１の実施形態のステップａ６〜ａ１１の処理と同じである。

この第２の実施形態では、手動運転モードとされ、操作軸が選択されると（ステップｂ１、ｂ２）、数値制御装置のプロセッサは、各移動軸の位置と操作軸に基づいて、操作軸の移動体のモデルが他の移動軸の移動体のモデルや工具、治具、ワーク、機械要部の各モデルと干渉する位置の最小値（最小移動位置）、最大値（最大移動位置）を求め、この最小値と最大値に前述したように設定所定量を付加して、干渉の発生を避けられる操作軸のストロークリミットを設定する（ステップｂ３）。以後は、第１の実施形態と同じく、運転モードの切り換え、操作軸の切り換えがない限り、操作軸の操作に応じて、その操作軸のサーボモータへ移動指令を出力すると共に、操作軸の位置が設定されたストロークリミット内か判断する。そして、ストロークリミットを超えるようであれば、操作軸の移動を停止させる（ステップｂ４〜ｂ９）。

この第２の実施形態も、操作軸が選択され、その操作軸の移動開始前に、モデルに基づいて求められる他のものと干渉が発生しない操作軸の移動可能範囲が、ストロークリミットとして設定され、その後は、操作軸が操作されて移動する位置がこの設定されたストロークリミット内かの、操作軸の位置だけで判断されるものとなるから、干渉チェックが極めて容易で、簡単に実施でき、その結果、厳密なチェックができるものとなる。

本発明の第１の実施形態の概要図である。 同第１の実施形態における数値制御装置のプロセッサが手動運転時の干渉チェック処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態における数値制御装置のプロセッサが手動運転時の干渉チェック処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 数値制御装置
２０ 干渉位置計算装置
Ａｘ、Ａｙ、Ａｚ アンプ
Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚ サーボモータ

Claims (3)

1. 数値制御装置で制御される工作機械の手動運転時に、工作機械の各部間の干渉をチェックする干渉チェックシステムにおいて、
   移動軸の１つが手動運転により操作される操作軸として選択された際、工作機械の各移動軸の現在位置情報と前記操作軸の情報を数値制御装置から受け取り、受け取った情報および工作機械の各部の形状情報を用いて、前記操作軸の移動で移動する移動体以外は前記現在位置に留まる場合に工作機械内で干渉が発生するような操作軸上の位置を計算し、干渉位置情報として数値制御装置に通知する干渉位置計算装置を備え、
   手動運転時には、数値制御装置は干渉位置情報が通知された後、前記操作軸の移動を開始させ、前記干渉位置情報と前記操作軸の現在位置とに基づいて干渉チェックを行い、干渉を検知したら移動軸を停止させる干渉チェックシステム。
2. 数値制御装置で制御される工作機械の手動運転時に、工作機械の各部間の干渉をチェックする干渉チェックシステムにおいて、
   移動軸の１つが手動運転により操作される操作軸として選択された際、数値制御装置は、工作機械の各移動軸の現在位置情報と前記操作軸の情報および工作機械の各部の形状情報を用いて、前記操作軸の移動で移動する移動体以外は現在位置に留まる場合に工作機械内で干渉が発生するような操作軸上の位置を干渉位置情報として求める手段と、干渉位置情報が求められた後、操作された前記操作軸の移動を開始させ、前記干渉位置情報と前記操作軸の現在位置とに基づいて干渉チェックを行い、干渉を検知したら移動軸を停止させる手段を備えたことを特徴とする干渉チェックシステム。
3. 数値制御装置は、前記干渉位置情報に基づいて、操作された移動軸の移動停止指令を出したとき工作機械の他の部分と干渉を発生させない移動範囲の最大値と最小値を求めストロークリミット値として設定し、ストロークリミットチェックを行うことにより干渉チェックを行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の干渉チェックシステム。

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