JP6193923B2 - 高負荷時でも画面更新が可能な数値制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、数値制御装置に関し、特に高負荷時でも画面更新が可能な数値制御装置に関する。

数値制御装置の使命は、モータのモーションコントロールを行い、所望の形状を高精度、高速に加工することである。モーションコントロールには大きくは加工プログラムを解析するタスクと、その結果に基づいてモータを動かすための補間データを作成するタスクがあり、複数のタスクがある中でこれらには高い優先度が設定されている。３次元曲面形状の５軸加工など、微小ブロックが連続するＣＰＵ負荷の重い運転を行う場合、プログラムの解析と補間データを作成するタスクが非常に忙しくなり、多くの時間が割り当てられるようになる。必然的にそれ以外の優先度の低いタスクに割り当てられる時間は減少する。

数値制御装置にはモーションコントロールを行う制御装置本体と、オペレータと数値制御装置が情報をやり取りするための手段であるＨＭＩ（Ｈｕｍａｎ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）がそれぞれ別ＣＰＵで動作する形態のものがある。この形態では通常ＨＭＩは汎用ＯＳ上のアプリケーションとして動作する。制御装置本体は外部とデータのやり取りを行うためのアプリケーションインタフェース装置を有しており、これは一般にＡＰＩと呼ばれる。ＨＭＩはＡＰＩを通して制御装置本体とデータのやり取りを行う。ＡＰＩは公開されているため、機械メーカが自社の機械に合わせた独自のＨＭＩを汎用ＯＳ上のアプリケーションとして作成することが可能である。

ＨＭＩは制御装置本体と別のＣＰＵで動作するので、ＣＰＵ負荷の重い運転を行う場合でもＨＭＩのタスクに割り当てられる時間が減少することはない。しかし、ＨＭＩが呼んだＡＰＩからの要求に基づいて制御装置本体はＨＭＩの画面に表示するデータを用意するなどの処理を行うが、これを行うタスクは前記のモーションコントロールのタスクよりも優先度が低く、ＣＰＵ負荷が重い運転を行うと、その影響を受け、タスクに割り当てられる時間が減少する。この結果、ＡＰＩが応答を返すまでの時間が長くなる。

数値制御装置に限らず、ＰＣや各種制御装置においてＣＰＵの負荷が重くなると、画面の更新や操作に対する応答に時間がかかることがある。このような状態はオペレータに対してストレスを与えるだけでなく、ＰＣや装置が正しく動作しているのか、ハングアップしたのではないか、数値制御装置の場合だと、加工が正常に行われていないのではないかと不安を抱かせることにもなる。

このような状態を回避するため、ＣＰＵ負荷が重い時、画面に表示するデータ量を減らして、画面の更新頻度を低下させないようにする技術が提案されている。
例えば、特許文献１では、カーナビゲーション装置において、ＣＰＵ負荷が重い時には画面に表示する情報を簡素化して、少ない処理時間で画面の更新ができ、その頻度を下げないようにする技術が提案されている。また特許文献２では、制御装置本体とＨＭＩである可搬式操作部からなるロボット制御システムにおいて、可搬式操作部のＣＰＵ負荷が重い場合に、制御装置本体から転送される画像データ量を減らすことで、可搬式操作部の負担を減らし画面更新や操作性の悪化を防ぐ技術が提案されている。これら従来技術では、いずれも処理するデータ量を減らすことによりＨＭＩの負担を減らして、画面表示、操作性の悪化を防いでいる。

特開２００９−２０４４７７号公報 特開２００９−２１７７１３号公報

前記制御装置本体とＨＭＩが別ＣＰＵで動作する数値制御装置の場合、運転に伴うＣＰＵ負荷はＡＰＩの処理時間に影響を及ぼす。ＣＰＵ負荷がＡＰＩに及ぼす影響の程度はＡＰＩによって異なり、影響を大きく受けるものと、ほとんど受けないものがあるが、ＣＰＵ負荷の重い運転を行っている時に影響を大きく受けるＡＰＩをＨＭＩが呼ぶと終了するまでに時間がかかってしまう。通常、ＡＰＩは要求された処理が完了するまで応答を返さないので、その間ＨＭＩは次の処理を行うことができない。あるいは所定の時間内に処理を終了できない場合にＡＰＩはタイムアウトエラーを返して終了するが、やはりタイムアウトエラーが返るまで次の処理を行うことができない。その間画面の更新が滞り、オペレータが操作をしようとしても待たされることになる。またＡＰＩがタイムアウトエラーで終了しても、その原因は通知されないので、運転の負荷が重いためかどうかをＨＭＩは判断することができない。

図４は画面表示のフローの例を示したものである。画面表示処理はループ構造になっており、イベントの監視（ステップＳＡ０１）、画面に表示するデータの取得とそのデータの表示更新（ステップＳＡ０５〜ステップＳＡ０８）を順番に行う。画面更新イベント（ステップＳＡ０４）が来ると画面を更新、画面切替えイベント（ステップＳＡ０２）が来ると現在表示している画面のループから抜けて画面切替え処理（ステップＳＡ０３）が実行される。

図４に示したフローで示した表示処理ではデータ１〜Ｎを画面に表示する。ここでデータ１〜Ｎ取得用のＡＰＩの一つでも運転の負荷の影響を受けるものである場合、ＡＰＩの呼出しに時間がかかると、それが正常終了であってもタイムアウトエラーであってもその間画面の更新が止まってしまう。また、その間イベントの監視もできないため、画面切替え要求があっても切替えができない。

これに対して、特許文献１、２は、いずれも扱うデータ量を減らすことによりＨＭＩのＣＰＵ負荷を軽減して画面更新を継続させる技術であって、データを用意する側のＣＰＵ負荷は考慮しておらず、上記問題を解決する手段とはならない。

そこで本発明の目的は、データを用意する側である制御装置本体のＣＰＵ負荷を考慮し、ＣＰＵ負荷が重い場合でもＨＭＩにおいて画面の更新を可能にする数値制御装置を提供することである。

本発明では、ＣＰＵ負荷に基づいて所定の時間内に処理を終えられるかを予測可能なＡＰＩ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を有し、またそのＡＰＩを通してデータを取得することにより、ＣＰＵ負荷の重い運転を行っている時も画面更新が可能な数値制御装置を提供する。

そして、本願の請求項１に係る発明は、ＨＭＩに係る処理で用いられるデータを取得するためのＡＰＩを備えた数値制御装置において、前記ＡＰＩが提供するＡＰＩ関数毎に、該ＡＰＩ関数による処理が予め設定された所定時間内に完了することを保証する前記数値制御装置のＣＰＵ負荷の上限値が定義された負荷定義テーブルと、前記ＡＰＩが提供するＡＰＩ関数の呼出しを受け付けるＡＰＩインタフェース部と、前記ＡＰＩ関数の呼出しに基づいて前記ＡＰＩ関数の処理を実行するＡＰＩ制御部と、前記数値制御装置のＣＰＵの負荷を監視する負荷監視手段と、前記ＡＰＩ関数の呼出しに係る情報と、前記負荷監視手段により監視される現在のＣＰＵ負荷値とに基づいて前記負荷定義テーブルを参照し、前記ＡＰＩ関数の実行が前記所定時間内に完了するかを予測する処理時間予測手段と、を備え、前記ＡＰＩ制御部は、前記処理時間予測手段が前記ＡＰＩ関数の実行が前記所定時間内に完了しないと予測した場合、前記ＡＰＩ関数の処理を実行せずに終了する、ことを特徴とする数値制御装置である。

本願の請求項２に係る発明は、前記ＡＰＩを介して取得したデータに基づいて画面の表示を制御するＨＭＩ制御部を更に備え、前記ＡＰＩ制御部は、前記処理時間予測手段が前記ＡＰＩ関数の実行が前記所定時間内に完了しないと予測した場合、高負荷であることを示すエラーコードを前記ＡＰＩインタフェース部を介して呼び出し元へと返し、前記ＨＭＩ制御部は、画面に表示されている表示項目のデータを取得するために前記ＡＰＩが提供するＡＰＩ関数を呼び出した際に高負荷であることを示すエラーコードが返された場合、表示画面上の前記表示項目の前記データを更新せずに表示属性を変更する、ことを特徴とする請求項１に記載された数値制御装置である。

本願の請求項３に係る発明は、前記ＨＭＩ制御部は、画面に表示されている表示項目のデータを取得するために前記ＡＰＩが提供するＡＰＩ関数を呼び出した際に高負荷であることを示すエラーコードが返された場合、前記数値制御装置のＣＰＵが高負荷で表示が更新できない状態であることを示す警告を出力する、ことを特徴とする請求項２に記載された数値制御装置である。

本発明により、ＨＭＩにおいて、ＡＰＩを通してデータを取得するのに時間がかかるために更新できない項目について、そのことが把握できるように画面表示がされる為、数値制御装置に問題が発生したのではないことがオペレータに伝わり、加工や機械に問題が発生したのではないかという不安を払拭することが期待できる。

本発明の実施形態における数値制御装置の概略構成図である。 本発明の実施形態における負荷定義テーブルの例を示す図である。 本発明の実施形態におけるＨＭＩ部で実行される処理のフローチャートである。 従来技術におけるＨＭＩ部で実行される処理のフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
本発明では、それぞれ別ＣＰＵで動作する制御装置本体とＨＭＩによって構成される数値制御装置において、制御装置本体でＣＰＵ負荷が重い運転を行っている場合でも所定の時間内に正常終了、エラー終了を問わず終了することができ、かつ高負荷であることを通知できるＡＰＩを提供し、該ＡＰＩを通して制御装置本体とやり取りを行うＨＭＩにおいて、制御装置本体のＣＰＵ負荷が重い場合でも画面の更新や切替えが行われるようにする。

より具体的には、制御装置本体のＣＰＵ負荷を監視しておき、ＨＭＩもしくは外部アプリケーションとデータのやり取りを行うためのインタフェースであるＡＰＩが呼び出された際に、現在のＣＰＵ負荷の高さで該ＡＰＩの呼出しにより要求されているデータを所定時間以内に応答することができるかを予測し、応答できないと予測された時にＡＰＩは処理を行うことなく直ちに高負荷である旨のエラーを返して終了するようにする。このような構成とすることで、制御装置本体が高負荷である場合にはＡＰＩ呼出しに対してすぐに高付加エラー応答が返ってくるため、ＨＭＩや外部アプリケーション側では応答内容に応じた表示画面の更新処理を行うことができるようになる。

図１は、本発明の一実施形態における数値制御装置の概略構成を示した図である。本発明の数値制御装置１は、モーションコントロールを司る制御装置本体部１０と、オペレータと情報をやり取りするための手段であるＨＭＩ部２０とを有する。

制御装置本体部１０は、モータのモーションコントロールを行うモーションコントロール部１１と、ＨＭＩ部２０や外部ＰＣ３０上で動作するアプリケーション３１とデータのやり取りを行うためのインタフェースであるＡＰＩ１２、モーションコントロール部から現在のＣＰＵ負荷を取得する負荷監視手段１５、処理時間を予測する処理時間予測手段１６、および図示しないメモリ上に設けられた負荷定義テーブル１７を備える。

モーションコントロール部１１は、数値制御装置１の主たる機能である機械の制御を行なう部分であり、入力された、または図示しないメモリから読み出した加工プログラムを解析し、その結果に基づいてモータなどを動かすための補間データを作成し、該補間データを用いて制御対象となる機械を制御する。モーションコントロール部１１は、外部からの呼出しに応じて、機械の制御に係る各種データを返す機能を備える。

ＡＰＩ１２は、ＨＭＩ部２０や外部ＰＣ上で動作するアプリケーション３１とデータのやり取りを行うためのインタフェースであり、ＡＰＩ呼出しの処理状況を制御するＡＰＩ制御部１３と、外部とのインタフェースであるＡＰＩインタフェース部１４を備える。
ＡＰＩ制御部１３は、外部からのＡＰＩ関数の呼出しをＡＰＩインタフェース部１４を介して受けると、後述する処理時間予測手段１６に対して該ＡＰＩ関数の処理が所定の時間内に完了するか予測するように指令し、処理時間予測手段１６が該ＡＰＩ関数の処理が所定の時間内に完了すると予測した場合には、モーションコントロール部１１などの制御装置本体１０各部に指令して呼び出されたＡＰＩ関数の処理を実行し、実行結果と正常終了のコードをＡＰＩインタフェース部１４を介して呼び出し側へと返す。一方で、処理時間予測手段１６が該ＡＰＩ関数の処理が所定の時間内に完了しないと予測した場合には、該ＡＰＩ関数の実行を行わずに高負荷であるエラーコードをＡＰＩインタフェース部１４を介して呼び出し側へと返す。

負荷監視手段１５は、モーションコントロール部１１の処理を実行しているＣＰＵの現在のＣＰＵ負荷を監視しており、処理時間予測手段１６からの指令により現在のＣＰＵ負荷を出力する。
処理時間予測手段１６は、ＡＰＩ制御部１３からＡＰＩ関数呼出しに係る情報と共に該ＡＰＩ関数の処理時間を予測する指令を受けると、負荷監視手段１５から現在のＣＰＵ負荷を受け取り、該ＡＰＩ関数呼出しに係る情報と現在のＣＰＵ負荷、および負荷定義テーブル１７に基づいて、該ＡＰＩ関数の処理が所定の時間内に完了するか否かを予測する。

図２は、本実施形態の負荷定義テーブル１７の例を示している。図に示すように、負荷定義テーブル１７には、ＡＰＩ関数毎に、所定の時間内に単位データを処理可能な上限のＣＰＵ負荷が定義されている。図２の例では、工具座標データを取得するＡＰＩ関数の処理を実行する場合、ＣＰＵ負荷が７０％以下であれば所定の時間（例えば５００ｍｓ）以内に工具座標データを返すことができることを示している。この所定の時間については、ＡＰＩ関数呼出しのタイムアウトよりも短い時間であって、ＨＭＩ部２０における表示更新処理に間に合う適切な時間を設定すればよい。また、ＡＰＩ関数毎の所定の時間内に単位データを処理可能な上限のＣＰＵ負荷の値については、予め実験などにより算出して負荷定義テーブル１７に登録しておく。

処理時間予測手段１６は、現在のＣＰＵ負荷と、負荷定義テーブル１７に定義されているＡＰＩ関数処理の上限のＣＰＵ負荷とを比較し、現在のＣＰＵ負荷がＡＰＩ関数処理の上限のＣＰＵ負荷を超えている場合には、該ＡＰＩ関数におけるデータの処理を所定の時間内に完了できないと予測し、超えていなければ処理が所定の時間内に完了すると予測する。そして、その予測結果をＡＰＩ制御部１３に通知する。
なお、ＡＰＩ関数の呼出しにおいて複数データの取得が要求された場合には、例えば負荷定義テーブル１７に定義されている上限のＣＰＵ負荷を１．１＾（データの個数分−１）倍するなど、適宜補正を加えてから現在のＣＰＵ負荷と比較するようにすれば良い。

ＨＭＩ部２０は、オペレータと情報をやり取りするための手段であり、ＨＭＩ制御部２１、ＬＣＤ等の表示部２２、キーボード、タッチパネルなどの入力部２３，２４を備える。
ＨＭＩ制御部２１は、数値制御装置１の動作状況や機械制御に係る情報などを示す表示画面を生成して表示部２２に表示する制御を行なう。ＨＭＩ部２０は、表示画面を生成するために必要となる各項目のデータを、ＡＰＩ１２を介して制御装置本体部１０から取得する。

ＨＭＩ制御部２１は、画面に表示する項目のデータをＡＰＩ１２を通して取得する際に、ＡＰＩ１２より高負荷であるエラーコードが返った場合には、表示画面上のその項目の表示更新は行わずに更新できなかった項目の表示色を変更する。また、ＨＭＩ制御部２１は、ＡＰＩ１２より高負荷であるエラーコードが返った場合に、表示画面上に高負荷であるため画面の更新が一時的に制限された状態である旨メッセージを表示する。

図３はＨＭＩ制御部２１により実行される画面表示処理のフローチャートである。
●［ステップＳＢ０１］ＨＭＩ制御部２１は、外部からの信号などによるイベントや、入力部２３，２４から入力されるイベントを監視する。
●［ステップＳＢ０２］ステップＳＢ０１で画面切替えイベントが発生したか否かを判定する。画面切替えイベントが発生した場合にはステップＳＢ０３へ進み、発生していない場合にはステップＳＢ０４へ進む。
●［ステップＳＢ０３］現在の画面表示を終了し、画面切替えイベントにより指定された画面表示へと切り換える。
●［ステップＳＢ０４］ステップＳＢ０１で画面更新イベントが発生したか否かを判定する。画面更新イベントが発生した場合にはステップＳＢ０５−１へ進み、発生していない場合にはステップＳＢ０１へ戻る。

●［ステップＳＢ０５−１］ＨＭＩ制御部２１は、画面に表示する項目データの内、データ１を取得するためのＡＰＩ１２が提供するＡＰＩ関数を呼び出す。
●［ステップＳＢ０６−１］ステップＳＢ０５−１で呼び出したＡＰＩ関数が正常に終了したか否かを判定する。正常に終了した場合にはステップＳＢ０７−１へ進み、正常に終了していない場合にはステップＳＢ０８−１へ進む。
●［ステップＳＢ０７−１］ステップＳＢ０５−１のＡＰＩ関数呼び出しにより得られたデータ１について表示画面の更新を行う。

●［ステップＳＢ０８−１］ステップＳＢ０５−１のＡＰＩ関数呼び出しから帰ってきたエラーコードが高負荷エラーのエラーコードであるか否かを判定する。高付加エラーのエラーコードである場合にはステップＳＢ０９−１へ進み、そうでない場合にはステップＳＢ０５−２（図示せず）へ進む。
●［ステップＳＢ０９−１］ＨＭＩ制御部２１は、表示画面上のデータ１の表示を、グレー表示するなどして、ＣＰＵの高負荷が原因でデータ１が更新できなかったことを示す表示に切り替える。
以下、データ２からデータＮに対して、ステップＳＢ０５−２〜ステップＳＢ０９−Ｎまで処理を実行する。

●［ステップＳＢ１０］ステップＳＢ０５−１からステップＳＢ０９−Ｎの実行において、ＡＰＩ関数呼び出しに対して高負荷エラーが返されたものが存在するか否かを判定する。高負荷エラーが返されたものが存在する場合にはステップＳＢ１２へ進み、存在しない場合にはステップＳＢ１１へ進む。
●［ステップＳＢ１１］ＨＭＩ制御部２１は、表示画面上の高負荷であるため画面の更新が一時的に制限されていることを示すメッセージを消去し、ステップＳＢ０１へ戻る。
●［ステップＳＢ１２］ＨＭＩ制御部２１は、表示画面上に高負荷であるため画面の更新が一時的に制限されていることを示すメッセージを表示し、ステップＳＢ０１へ戻る。

外部ＰＣ３０は、数値制御装置１に対して数値制御装置１が備えた通信インタフェースを介して接続された汎用または専用コンピュータである。外部ＰＣ３０上では、機械メーカが作成したＨＭＩアプリケーション３１を実行することが可能であり、ＨＭＩアプリケーション３１を実行することにより、図示しない表示部に対して数値制御装置１の状態表示などをすることができる。ＨＭＩアプリケーション３１の動作については、ＨＭＩ部２０と略同様なので説明を省略する。

本実施形態の数値制御装置１は、上記で説明した構成を備えることにより、ＣＰＵ負荷が高い場合であってもＡＰＩ１２における処理が所定の時間内に終了することが保証されるため、ＨＭＩ部２０または外部ＰＣ３０において、ＡＰＩ１２を通してデータを取得するのに時間がかかる項目以外は更新される。また更新できない項目については色を変えて表示し、画面上には更新が制限された状態であることのメッセージを表示することができるので、数値制御装置１が意図して画面の更新を制限していること、数値制御装置１に問題が発生したのではないことがオペレータに伝わり、加工や機械に問題が発生したのではないかという不安を払拭することが期待できる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態の例のみに限定されることなく、適宜の変更を加えることにより様々な態様で実施することができる。

例えば、高負荷で更新できない項目の表示について、上記ではグレー表示する例を示しているが、他の色で表示するようにしてもよく、また、反転や点滅などの表示属性を変更するようにしてもよい。また、表示画面上に高負荷であるため画面の更新が一時的に制限されていることを示すメッセージについても、メッセージに限られるものではなく、警告音やアラートランプなどで知らせるようにしてもよい。

１ 数値制御装置
１０ 制御装置本体部
１１ モーションコントロール部
１２ ＡＰＩ
１３ ＡＰＩ制御部
１４ ＡＰＩインタフェース部
１５ 負荷監視手段
１６ 処理時間予測手段
１７ 負荷定義テーブル
２０ ＨＭＩ部
２１ ＨＭＩ制御部
２２ 表示部
２３，２４ 入力部
３０ 外部ＰＣ
３１ ＨＭＩアプリケーション

Claims (3)

1. ＨＭＩに係る処理で用いられるデータを取得するためのＡＰＩを備えた数値制御装置において、
   前記ＡＰＩが提供するＡＰＩ関数毎に、該ＡＰＩ関数による処理が予め設定された所定時間内に完了することを保証する前記数値制御装置のＣＰＵ負荷の上限値が定義された負荷定義テーブルと、
   前記ＡＰＩが提供するＡＰＩ関数の呼出しを受け付けるＡＰＩインタフェース部と、
   前記ＡＰＩ関数の呼出しに基づいて前記ＡＰＩ関数の処理を実行するＡＰＩ制御部と、
   前記数値制御装置のＣＰＵの負荷を監視する負荷監視手段と、
   前記ＡＰＩ関数の呼出しに係る情報と、前記負荷監視手段により監視される現在のＣＰＵ負荷値とに基づいて前記負荷定義テーブルを参照し、前記ＡＰＩ関数の実行が前記所定時間内に完了するかを予測する処理時間予測手段と、
   を備え、
   前記ＡＰＩ制御部は、前記処理時間予測手段が前記ＡＰＩ関数の実行が前記所定時間内に完了しないと予測した場合、前記ＡＰＩ関数の処理を実行せずに終了する、
   ことを特徴とする数値制御装置。
2. 前記ＡＰＩを介して取得したデータに基づいて画面の表示を制御するＨＭＩ制御部を更に備え、
   前記ＡＰＩ制御部は、前記処理時間予測手段が前記ＡＰＩ関数の実行が前記所定時間内に完了しないと予測した場合、高負荷であることを示すエラーコードを前記ＡＰＩインタフェース部を介して呼び出し元へと返し、
   前記ＨＭＩ制御部は、画面に表示されている表示項目のデータを取得するために前記ＡＰＩが提供するＡＰＩ関数を呼び出した際に高負荷であることを示すエラーコードが返された場合、表示画面上の前記表示項目の前記データを更新せずに表示属性を変更する、
   ことを特徴とする請求項１に記載された数値制御装置。
3. 前記ＨＭＩ制御部は、画面に表示されている表示項目のデータを取得するために前記ＡＰＩが提供するＡＰＩ関数を呼び出した際に高負荷であることを示すエラーコードが返された場合、前記数値制御装置のＣＰＵが高負荷で表示が更新できない状態であることを示す警告を出力する、
   ことを特徴とする請求項２に記載された数値制御装置。

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