JP6215872B2

JP6215872B2 - 補助機能の実行を事前通知する数値制御装置

Info

Publication number: JP6215872B2
Application number: JP2015131423A
Authority: JP
Inventors: 大作相馬
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2015-06-30
Filing date: 2015-06-30
Publication date: 2017-10-18
Anticipated expiration: 2035-06-30
Also published as: US10095221B2; DE102016007898A1; US20170003673A1; JP2017016323A; CN106325221A; DE102016007898B4; CN106325221B

Description

本発明は、数値制御装置に関し、特に１つのＭＳＴＢコードに複数の実行タイミングを与えることを可能にした数値制御装置に関する。

機械側の機器のオン／オフ、工具選択、主軸の回転数制御などのための指令として補助機能（ＭＳＴＢコード：Ｍコード、Ｓコード、Ｔコード、Ｂコードの総称）がある。ＭＳＴＢコードが指令されると数値制御装置と機械との間でコード信号、ストローブ信号、完了信号が順次やり取りされる。機械側はコード信号・ストローブ信号を受け取ってから完了信号を返すまでに様々な動作を行うが、この動作の中には事前に行える動作（準備動作）もある。しかしながら、現状の仕組みではＭＳＴＢコードのブロックが実行されるまでこの準備動作も含めて機械側の動作を開始することはできない。これは、準備動作の実行時間分だけ無駄が生じていることを意味する。

上記問題の解決方法として、あらかじめ準備動作部分だけ先に指令しておく方法がある。例えば、図７（ａ）は準備動作を先に行わずに、各指令を順に実行する一般的なプログラムの例を示している。図において、「Ｔｘｘ（ｘｘは数値）」は工具準備指令であり、また「Ｍ０６」は工具交換指令であるが、工具準備指令は工具交換指令により実際に工具交換を行うに先立って実行しておく（準備しておく）ことが可能である。そこで、図７（ｂ）に示すように、工具準備指令「Ｔｘｘ（ｘｘは数値）」を工具交換指令を実行する工程の前の工程において先に指令しておくことで、準備動作の実行時間の無駄をある程度省くことが可能である。しかしながら、このような方法では前工程の加工プログラム内に準備動作の指令を入れる必要があり、加工プログラムが煩雑になったり、工程を入れ換えるとき加工プログラムの修正量が増えたりする、といった問題が新たに生じる。

これらの新たな問題を含めた解決方法としてメインの解析・実行を行う制御部（第一加工プログラム解析部など）とは別にＭＳＴＢコードのみの解析・実行を行う制御部（第二加工プログラム解析部など）を設けることで、工具準備等の独立して実行できるＭＳＴＢコード（独立補助機能と称する。逆に、工具交換のように独立して実行できないＭＳＴＢコードを従属補助機能と称する。）を加工プログラム指令より先行して行うようにする方法がある(例えば、特許文献１)。

特許第５２１００７０号公報

特許文献１に記載の方法を導入することにより、図８（ａ）に示すようにプログラム上において独立補助機能の指令の位置を動かすことなく、図８（ｂ）のタイミングチャートに示すように、工程２の独立補助機能指令を工程１において先行して解析・実行することができる。しかしながら、特許文献１に記載の方法を用いたとしても、あくまでＭＳＴＢコードのみの解析・実行を行う制御部でプログラム指令より先行して実行できるというだけであり、実行するタイミングは制御部に依存するため、必ずしも機械側の適切なタイミングで実行できるわけではない。

例えば、２系統の機械において第１系統側で工具準備を行おうとした時、早めに工具準備を開始したいが第２系統側が加工中で振動の影響を考慮する必要がある場合や、または、消耗品を使用する場合に無駄を生じさせたくない場合などは、単純に早く実行を開始することが適切とは言えない。

また、従来技術におけるいずれの方法においても、対象となるプログラムがあらかじめ「Ｔｘｘ（工具準備指令）」などの独立補助機能と、「Ｍ０６（工具交換指令）」などの従属補助機能に分かれている必要があり、元々１つの補助機能指令で複数の動作を指令する場合に対応できない。

そこで本発明の目的は、１つのＭＳＴＢコードに複数の実行タイミングを与えることを可能にした数値制御装置を提供することである。

本願の請求項１に係る発明は、プログラムに基づいて機械が備える補助機能の実行を制御する数値制御装置において、前記プログラムのブロックを先読みして前記ブロックの指令を解析する指令解析部と、補助機能を指令するコードと、該補助機能の少なくとも１つの動作と、前記動作の先行時間とを関連付けた補助機能動作情報を記憶する補助機能動作情報記憶部と、前記指令解析部が先読みしたブロックに前記補助機能を指令するコードが含まれている時、前記指令解析部が先読みしたブロックに基づいて前記補助機能を指令するコードが実行されるまでにかかる時間を算出し、該算出した時間と、前記補助機能を指令するコードとを出力する実行開始契機通知部と、前記実行開始契機通知部から出力された前記補助機能を指令するコードに基づいて、前記補助機能動作情報記憶部から前記補助機能を指令するコードに対応する補助機能動作情報を取得し、取得した前記補助機能動作情報に含まれる動作について、該動作の先行時間と、前記実行開始契機通知部から出力された前記補助機能を指令するコードが実行されるまでにかかる時間とに基づいて、前記補助機能動作情報に含まれる動作の先行動作開始時間を算出し、前記先行動作開始時間に基づいて、前記補助機能の動作を実行する実行契機決定部と、を備え、前記実行契機決定部により決定された前記補助機能の動作を実行する指令を前記機械に出力する、ことを特徴とする数値制御装置である。

本発明により、複数の動作を含むＭＳＴＢコードについても変更することなく適切なタイミングで実行できるようになる。これにより、機械構成やプログラムに応じた細かい動作の調整やサイクルタイムの短縮等に寄与する。

本発明の実施形態における数値制御装置の概略ブロック図である。本発明の実施形態におけるＭＳＴＢコードを実行するまでの時間の算出方法を説明する図である。本発明の実施形態における補助機能動作情報について説明する図である。本発明の実施形態における工具交換補助機能を実行するプログラムの例を示す図である。本発明の実施形態におけるプログラマブルコントローラ実行されるシーケンス・プログラムの例である。本発明をオイルミスト補助機能に適用した例である。従来技術における工具交換補助機能を実行するプログラムの例を示す図である。特許文献１の従来技術における工具交換補助機能を実行するプログラムの例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
本発明では、ＭＳＴＢコードなどの補助機能の実行を指令するコードが実行されるまでの時間を機械側に通知することで、加工プログラムを変更することなく機械側が適切なタイミングでＭＳＴＢコードなどの補助機能の実行を指令するコードに対応する動作を実行することを可能にする。これにより、１つのＭＳＴＢコードなどの補助機能の実行を指令するコードに複数の実行タイミングを与えることを可能にした数値制御装置を提供する。

図１は、本発明の一実施形態における数値制御装置と機械から成るシステムの機能ブロック図である。本実施形態のシステムは、数値制御装置１と少なくとも１つ以上の機械２から構成される。なお、以下では補助機能の実行を指令するコードとしてＭＳＴＢコードを例として実施形態を説明するが、本発明の各機能はＭＳＴＢコード以外の補助機能の実行を指令するコードに対しても適用可能である。

数値制御装置１は、指令解析部１０、補間部１１、加減速制御部１２、サーボ制御部１３、実行開始契機通知部１４、およびプログラマブルコントローラ１５を備える。
指令解析部１０は、図示しないメモリに記憶されるプログラム等からＣＮＣ指令２０を先読みして解析し、該指令が通常の機械の駆動部を制御する指令である場合には、解析結果に基づいて移動指令のデータを作成し、作成した該移動指令データを補間部１１へと出力する。

補間部１１は、指令解析部１０が出力した移動指令データにより指令される移動指令に基づいて指令経路上の点を補間周期で補間計算したデータを生成する。
加減速制御部１２は、補間部１１が出力した補間データに基づいて、加減速処理を行い補間周期毎の各駆動軸の速度を算出し、結果データをサーボ制御部１３へ出力する。
そして、サーボ制御部１３は、加減速制御部１２の出力に基づいて機械の各駆動部を制御する。

一方で、指令解析部１０は先読みしたＣＮＣ指令２０に補助機能の実行を指令するＭＳＴＢコード指令が含まれている場合、実行開始契機通知部１４に対して先読みした指令を出力すると共に、実行開始契機通知部１４に対して前記補助機能を指令する該ＭＳＴＢコード指令に係る通知をプログラマブルコントローラ１５に対して行うように指令する。

実行開始契機通知部１４は、指令解析部１０から前記ＭＳＴＢコード指令に係る通知を行うように指令を受けると、指令解析部１０が先読みした指令を解析して各指令の実行時間を算出して積算することにより、前記ＭＳＴＢコード指令が実行されるまでの時間を算出する。例えば、図２に示すように、指令_i-4から指令_i（ＭＳＴＢコード指令）が先読みされている場合において、現在指令_i-4を実行している時、実行開始契機通知部１４は、指令_i-4〜指令_i-1の各指令の実行時間を算出して蓄積することにより、指令_i（ＭＳＴＢコード指令）が実行されるまでの時間（図では６５秒）を算出する。なお、各指令の実行時間の算出方法については、例えば、特開２００７−０２５９４５号公報、特開２００９−０９８９８１号公報などにより公知となっているので、本明細書では説明を省略する。

そして、実行開始契機通知部１４は、前記ＭＳＴＢコードと、該ＭＳＴＢコードが実行されるまでの時間とを含む信号を、プログラマブルコントローラ１５に対して通知する。

プログラマブルコントローラ１５は、各指令に基づく信号などを受け取り、該信号をシーケンス・プログラムで処理して、動作指令として信号を出力して機械２などの制御対象となる機械の制御を行なうと共に、機械２などの制御対象となる機械から状態信号を受けて、数値制御装置１内での処理に必要な入力信号を転送する。

本発明において、プログラマブルコントローラ１５はシーケンス・プログラムに基づく動作により実現される機能手段である、実行契機決定部１６、および補助機能動作情報記憶部１７を備えている。

実行契機決定部１６は、実行開始契機通知部１４から受けたＭＳＴＢコード指令と、該ＭＳＴＢコード指令を実行するまでの時間を含む信号、および補助機能動作情報記憶部１７に記憶される前記ＭＳＴＢコード指令による補助機能の各動作に係る情報である補助機能動作情報に基づいて、前記ＭＳＴＢコード指令による補助機能の各動作の実行タイミングを決定し、決定された実行タイミングに基づいて機械２に対して補助機能の各動作の開始を指令する信号を出力する。

図３は、本実施形態における補助機能動作情報記憶部１７に記憶される補助機能動作情報の例を示す図である。補助機能動作情報は、各補助機能について、該補助機能を指令するＭＳＴＢコードと、該補助機能の動作に係る複数の動作情報を含んでいる。各動作情報には、該動作を動作させる場合の信号アドレス、該動作の実行に係る先行時間を含む。図３の例では、例えばタレット式（Ｔコードのみで工具交換を行う）の工具交換指令Ｔｘｘで指令される補助機能は、工具選択動作（信号アドレス：ＴＣＨＧ１）と工具交換動作（信号アドレス：ＴＣＨＧ２）の２動作から成り、工具選択動作は先行時間として１０秒（１０秒先行して実行）、工具交換動作は先行時間が０秒（先行実行不可）となっている。

ここで、補助機能動作情報記憶部１７に図３に示す補助機能動作情報が記憶されている時、図４に例示する加工プログラムに基づいて工程１の実行中に工程２のＴ０２指令が先読みされ、実行開始契機通知部１４からＴ０２指令と、Ｔ０２指令を実行するまでの時間を含む信号がプログラマブルコントローラ１５に対して通知されると、実行契機決定部１６は、実行開始契機通知部１４からＴｘｘ指令の補助機能動作情報を読み出し、読み出した補助機能動作情報に含まれる各動作情報に設定されている先行時間に基づいて、各動作について、実行開始契機通知部１４から通知されたＴｘｘ指令を実行するまでの時間からそれぞれの先行時間を引いた時間である先行動作開始時間を算出し、各動作をそれぞれの先行動作開始時間後に実行することを決定する。
そして、実行契機決定部１６により決定された各動作の動作タイミングにおいて、各動作の動作開始を指令する信号が、プログラマブルコントローラ１５から機械２に対して通知される。

図５は、実行契機決定部１６を実現するためのシーケンス・プログラム（ラダー回路）の簡略化された例を示している。プログラマブルコントローラ１５が、図に示すシーケンス・プログラムを実行している時、シーケンス数値制御装置１（ＣＮＣ）の実行開始契機通知部１４から、コード信号として先行動作させるコードと、該コードが実行されるまでの時間とが信号として入力され、該コードが「Ｍｘｘ」と一致し、該コードが実行されるまでの時間が該コードの動作の先行時間を下回った時に、機械２側に対してＭｘｘコードの動作を開始する信号が出力されることとなる。このようなシーケンス・プログラムをＭＳＴＢコードの動作毎に作成することで、実行契機決定部１６を実現することができる。

なお、指令解析部１０の先読みに基づく実行開始契機通知部１４によるＭＳＴＢコードが実行されるまでの時間の算出と、該算出された時間に基づく実行契機決定部１６による補助機能の各動作の実行契機を決定する処理は、少なくとも数値制御装置１の処理周期毎に逐次実行される。このようにすることで、機械２に対する信号出力のタイミングは略リアルタイムに調整され、数値制御装置１上で実行状況の変化などによるＭＳＴＢコード実行までの時間の変化に対応することができる。

機械２は、数値制御装置１が制御対象としている機械であり、工作機械や、該工作機械の周辺に配置される周辺装置などを含む。なお、数値制御装置１には、プログラマブルコントローラ１５を介して複数の機械２が接続されるが、図１では説明を簡易にするために１台の機械２のみを記載している。

機械２により実行される補助機能は、例えば機械２が工作機械である場合には、工具選択、主軸の回転数制御等、機械２が周辺機器である機械カバーであれば機械扉の開閉等、機械２がロボットであればワークの設置・取出し等、機械２の種類ごとに異なっている。
これらの補助機能は、機械２がプログラマブルコントローラ１５から出力された信号を受けることで実行される。

このように、本発明では各補助機能の複数の動作の内、先行して実行可能な動作を設定された先行時間分だけ先行して実行することが可能となるため、従来技術と同様に加工動作などのサイクルタイムを短縮することが可能となるが、それ以外にも先行時間の設定により各動作を動作指令前後の任意のタイミングで実行させることができるようになる。以下では、本実施形態における数値制御装置のサイクルタイムの短縮以外の有用な適用例をあげる。

図６は、本実施形態の数値制御装置上でオイルミストを使用した場合における各動作のタイミングチャートを示している。図６に示すように、工作機械の加工制御において、プログラム中で「Ｍ０８」指令が実行されるタイミングより少しだけ早めにオイルミストを出し始めたいと考えている時（＜１＞）、「Ｍ０８」指令が先読みされて解析され（＜２＞）、先行して実行される。この時、従来技術では特にＭＳＴＢ指令の実行タイミングを考慮していないため、解析が完了した時点でオイルミストが噴出し、オイルミストに無駄が生じてしまうことがある（＜３＞）。これに対して、本発明では、例えば図３に示すようにオイルミスト噴出動作の先行時間を短い時間（図３では１秒）に設定しておくことで、ユーザが望む適切なタイミングでオイルミストを噴出されることができるようになる（＜４＞）。

その他にも、２系統の機械において１系統側で工具準備を行う時、２系統側の状況を考慮したタイミングで実行できるなど、従来技術ではできなかった、サイクルタイムを短縮しつつ、加工に悪影響を与えないような動作タイミングの調整を行うことができる。

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。

１数値制御装置
２機械
１０指令解析部
１１補間部
１２加減速制御部
１３サーボ制御部
１４実行開始契機通知部
１５プログラマブルコントローラ
１６実行契機決定部
１７補助機能動作情報記憶部

Claims

プログラムに基づいて機械が備える補助機能の実行を制御する数値制御装置において、
前記プログラムのブロックを先読みして前記ブロックの指令を解析する指令解析部と、
補助機能を指令するコードと、該補助機能の少なくとも１つの動作と、前記動作の先行時間とを関連付けた補助機能動作情報を記憶する補助機能動作情報記憶部と、
前記指令解析部が先読みしたブロックに前記補助機能を指令するコードが含まれている時、前記指令解析部が先読みしたブロックに基づいて前記補助機能を指令するコードが実行されるまでにかかる時間を算出し、該算出した時間と、前記補助機能を指令するコードとを出力する実行開始契機通知部と、
前記実行開始契機通知部から出力された前記補助機能を指令するコードに基づいて、前記補助機能動作情報記憶部から前記補助機能を指令するコードに対応する補助機能動作情報を取得し、取得した前記補助機能動作情報に含まれる動作について、該動作の先行時間と、前記実行開始契機通知部から出力された前記補助機能を指令するコードが実行されるまでにかかる時間とに基づいて、前記補助機能動作情報に含まれる動作の先行動作開始時間を算出し、前記先行動作開始時間に基づいて、前記補助機能の動作を実行する実行契機決定部と、
を備え、
前記実行契機決定部により決定された前記補助機能の動作を実行する指令を前記機械に出力する、
ことを特徴とする数値制御装置。