JP7260420B2

JP7260420B2 - 数値制御装置

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Publication number: JP7260420B2
Application number: JP2019121328A
Authority: JP
Inventors: 善典西城
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-06-28
Filing date: 2019-06-28
Publication date: 2023-04-18
Anticipated expiration: 2039-06-28
Also published as: JP2021009425A; US11048222B2; CN112147953B; CN112147953A; US20200409331A1; DE102020207790A1

Description

本発明は、数値制御装置に関する。

工作機械の動作を複数のブロックからなる加工プログラムに従って制御する数値制御装置が広く利用されている。加工プログラムは、工作機械を動作させる指令を記述するブロックだけでなく、工作機械の動作を定めるための情報取得や演算を数値制御装置に実行させるブロックを含み得る。

また、数値制御装置は、加工プログラムの工作機械を動作させる指令を記述するブロックを実行する場合であっても、そのブロックの指令に対応する詳細な動作を、例えば駆動軸の時間毎の目標位置を駆動軸の速度、加速度、加加速度等の設定値に従って算出する前処理を行う必要がある。このような前処理のための待ち時間を削減して加工を効率的に行うために、数値制御装置は、実際に実行しているブロックの後に記述されているブロックを読み込んで、前もって必要な演算を行う先読処理を行うよう構成され得る。

このような先読み処理を行う場合、前もって読み込んだブロックの指令が、現在の駆動軸の位置等の数値制御装置に外部から入力される情報を参照する指令である場合、現在実行しているブロックの動作によって参照する情報の値が変化する可能性がある。このため、そのような情報を参照するブロックの演算処理を前もって行うと、誤った情報に基づいて動作を決定してしまうおそれがある。

そこで加工プログラムにおいて、前もって行ってはならないブロックの前に、先読処理を一時的に停止させる先読み停止コードを含むブロックを挿入することにより、適切な情報を参照して演算を行うことを担保する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８－２９３２６１号公報

特許文献１に記載される方法では、ユーザが加工プログラムの適切な位置に先読み停止コードを記述する必要がある。つまり、特許文献１に記載される方法では、ユーザが必要な位置に先読み停止コードを挿入できなければ工作機械の動作が不適当なものとなり、ユーザが不必要な位置に先読み停止コードを挿入してしまうと加工時間が無用に増大する。このように、特許文献１に記載される方法は、ユーザに加工プログラムに対する高度な理解を要求し、加工プログラムの作成を煩雑にする。このため、ユーザが指定しなくても適切な先読み処理を行うことができる数値制御装置が望まれる。

本開示の一態様に係る数値制御装置は、加工プログラムの複数のブロックを順番に読み込む読込制御部と、前記読込制御部が読み込んだ前記ブロックに従う内部処理を行い、前記内部処理の結果を保存する内部処理部と、前記内部処理の結果に基づいて工作機械に対する指令信号を生成することにより工作機械の動作を制御する動作制御部と、前記読込制御部が読み込んだ前記ブロックが、前記工作機械に対して指令信号を出力させる出力命令を含む出力ブロックであるか、前記出力命令を含まない内部処理ブロックであるかを判別する出力ブロック判別部と、前記内部処理ブロックが、外部から入力される情報を参照する命令を含む参照ブロックであるか否かを判別する参照ブロック判別部と、前記内部処理ブロックが前記参照ブロックである場合、それより前の最も近くに記述された前記出力ブロックに基づく前記工作機械の制御の実行が完了するまで、前記内部処理部による前記参照ブロックに従う前記内部処理を停止させる待ち合わせ処理部と、を備える。

本開示の一態様に係る数値制御装置は、ユーザが指定しなくても適切な先読み処理を行うことができる。

本開示の一実施形態に係る数値制御装置の構成を示す模式図である。図１の数値制御装置による制御の手順を示すフローチャートである。図１の数値制御装置による制御を例示する模式図である。

以下、本開示に係る数値制御装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本開示の一実施形態に係る数値制御装置１を示す。数値制御装置１は、複数の駆動軸を備える工作機械Ｍの複数の駆動軸の動作を加工プログラムに基づいて制御する。

加工プログラムは、複数のブロックを含む。加工プログラムのブロックには、工作機械Ｍに対して指令信号を出力させる出力命令を含む出力ブロックと、出力命令を含まない内部処理ブロックと、が存在する。出力ブロックは、工作機械Ｍを制御する命令を記述するものであるため、ＮＣ文とも呼ばれる。内部処理は、主に変数を取り扱うマクロ処理である。このため、内部処理ブロックはマクロ文とも呼ばれる。この内部処理ブロックの中には、数値制御装置１に外部から入力される情報を確認する命令を含む参照ブロックが存在し得る。なお、外部から入力される情報を確認するとは、その時に数値制御装置１に外部から入力されている信号を確認することだけでなく、数値制御装置１の内部に記憶され、外部からの入力によって随時更新される情報を確認することを含む。

数値制御装置１は、加工プログラムを記憶する主記憶部１０と、加工プログラムに基づいて工作機械Ｍに入力する指令信号を生成する主処理部２０と、を備える。

主記憶部１０は、例えばＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ等の揮発性メモリによって構成されてもよいが、例えばフラッシュメモリ、ＳＳＤ（ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＤｒｉｖｅ）、ハードディスクドライブ、光ディスクドライブ等の不揮発性メモリによって構成することが好ましい。主記憶部１０は、加工プログラム以外にも、工作機械Ｍの駆動軸の可動範囲、可能な加速度等の動作の条件を指定するパラメータ等も記憶することができる。

主処理部２０は、ワーキングメモリ、ＣＰＵ等を有する演算装置に適切な制御プログラムを実行させることにより実現できる。主処理部２０は、読込制御部２１と、内部処理部２２と、動作制御部２３と、出力ブロック判別部２４と、参照ブロック判別部２５と、待ち合わせ処理部２６と、を有する。これらの構成要素は、機能上区別されるものであって制御プログラムの構成において明確に区分できるものである必要はない。

読込制御部２１は、加工プログラムの複数のブロックを順番に読み込む。つまり、読込制御部２１は、主記憶部１０から加工プログラムのブロックを順番に読み取って、主処理部２０のワーキングメモリに書き込む。

内部処理部２２は、読込制御部２１が読み込んだブロックに従う内部処理を実行し、内部処理結果を主処理部２０のワーキングメモリ内に保存する。内部処理部２２が行う内部処理としては、変数の読み込み、変数の演算、工作機械Ｍの駆動軸の時間毎の目標位置又は目標速度の算出等が挙げられる。工作機械Ｍの駆動軸の時間毎の目標位置又は目標速度は、工作機械Ｍのパラメータにより定められる条件で、出力ブロックに記述された動作を行うものとして算出される。内部処理部２２が予め読み込んだブロックに係る内部処理を行うことで、後述する動作制御部２３が複数の出力ブロックに従って工作機械Ｍを連続して動作させることが可能となる。

内部処理部２２は、出力ブロックに従う内部処理を実行したときには、後述する待ち合わせ処理部２６が不必要に内部処理を停止させることを防止するために用いられる停止済フラグを解除、例えばワーキングメモリ内に設定される停止済フラグビットの値を「０」にする。

動作制御部２３は、内部処理部２２の内部処理結果に基づいて工作機械Ｍに対する指令信号を生成することにより工作機械Ｍの動作を制御する。動作制御部２３は、制御を実行した出力ブロックの内部処理の結果等の情報をワーキングメモリ上から削除することにより、読込制御部２１及び内部処理部２２の作業領域を確保してもよい。動作制御部２３は、内部処理部２２と平行して処理を行うことができるよう構成される。なお、工作機械Ｍとの間で情報やり取りする動作制御部２３における制御の周期は、数値制御装置１の内部で完結する内部処理部２２における制御の周期よりも長い。

出力ブロック判別部２４は、読込制御部２１が読み込んだブロックが、工作機械Ｍに対して指令信号を出力させる出力命令を含む出力ブロックであるか、出力命令を含まない内部処理ブロックであるか、を判別する。例として、出力ブロック判別部２４は、ブロックがＧコードにより記述される文である場合には出力ブロックであると判定するよう構成され得る。

参照ブロック判別部２５は、出力ブロック判別部２４が内部処理ブロックであると判定したブロックが、外部から入力される情報を参照する参照ブロックであるか否かを判別する。具体的には、参照ブロック判別部２５は、内部処理ブロックが例えば工作機械Ｍの座標を取得する命令等、外部から入力される情報を参照する命令を含む場合に参照ブロックであると判断するよう構成されてもよい。

待ち合わせ処理部２６は、読込制御部２１が読み込んだブロックが参照ブロックであると参照ブロック判別部２５が判定した場合、そのブロックより前の最も近くに記述された出力ブロックに基づく動作制御部２３による制御の実行が完了するまで、内部処理部２２によるそのブロックに従う内部処理及び読込制御部２１による次のブロックの読み込みを停止させる。

また、この待ち合わせ処理部２６は、内部処理ブロックの前に動作制御部２３が制御を実行していない出力ブロックが存在しない場合は、内部処理部２２に参照ブロックに従う内部処理ひいては読込制御部２１により次のブロックの読み込みを停止させない。このため、待ち合わせ処理部２６は、参照ブロック判別部２５が読み込んだブロックが参照ブロックであると判断した場合には、次の出力ブロックまでの間に参照ブロックが存在しても不必要に内部処理を停止させないよう、既に内部処理を停止したことを示す停止済フラグを設定、例えば停止済フラグビットの値を「１」にする。

図２に、数値制御装置１による加工プログラムに基づく工作機械Ｍの制御の手順を示す。数値制御装置１の制御手順は、ブロックを読み込む工程（ステップＳ０１：ブロック読込工程）と、読み込んだブロックが出力ブロックであるか否かを確認する工程（ステップＳ０２：出力ブロック確認工程）と、出力ブロックの内部処理を行う工程（ステップＳ０３：出力ブロック内部処理工程）と、停止済フラグの値を「０」に設定する工程（ステップＳ０４：停止済フラグ解除工程）と、停止済フラグの値を確認する工程（ステップＳ０５：停止済フラグ確認工程）と、読み込んだブロックが参照ブロックであるか否かを確認する工程（ステップＳ０６：参照ブロック確認工程）と、出力ブロックの実行が完了したか否かを確認する工程（ステップＳ７：出力ブロック実行確認工程）と、停止済フラグの値を「１」に設定する工程（ステップＳ８：停止済フラグ設定工程）と、ステップＳ０１で読み込んだブロックに従う内部処理を実行する工程（ステップＳ９：内部処理ブロック実行工程）と、加工プログラムの最後のブロックまで読み込んだか否かを確認する工程（ステップＳ１０：終了確認工程）と、加工プログラムのブロックを特定するループパラメータを１加算する工程（ステップＳ１１：ループパラメータ加算工程）と、を備える。

（ブロック読込工程）
ステップＳ０１のブロック読込工程では、読込制御部２１によって、主記憶部１０から加工プログラムの１つのブロックを読み出す。読込制御部２１は、初期値が１とされるループパラメータによって指定されるブロックを読み出すよう構成され得る。

（出力ブロック確認工程）
ステップＳ０２の出力ブロック確認工程では、出力ブロック判別部２４によって、直前のステップＳ０１で読込制御部２１が読み込んだブロックが出力ブロックであるか否かを確認する。読み込んだブロックが出力ブロックである場合にはステップＳ０３に進み、読み込んだブロックが出力ブロックでない場合にはステップＳ０５に進む。

（出力ブロック内部処理工程）
ステップＳ０３の出力ブロック内部処理工程では、内部処理部２２によって、ステップＳ０１で読み込んだ出力ブロックを解析し、工作機械Ｍに対する指令を出力できる状態とするための処理を行う。具体的には、出力ブロック内部処理工程では、ステップＳ０１で読み込んだ内部ブロックに基づいて、工作機械Ｍの各駆動軸の時間毎の目標位置又は目標速度を算出する。

（停止済フラグ解除工程）
ステップＳ０４の停止済フラグ解除工程では、停止済フラグビットの値を「０」にする。これにより、ステップＳ０６からステップＳ１８までの処理、つまり参照ブロック判別部２５による判定処理及び待ち合わせ処理部２６による内部処理の停止処理を行い得る状態とする。

（停止済フラグ確認工程）
ステップＳ０５の停止済フラグ確認工程では、停止済フラグビットの値を確認する。停止済フラグビットの値が「１」である場合にはステップＳ０６に進み、停止済フラグビットの値が「０」である場合にはステップＳ０９に進む。

（参照ブロック確認工程）
ステップＳ０６の参照ブロック確認工程では、参照ブロック判別部２５により、直近のステップＳ０１で読込制御部２１が読み込んだ内部処理ブロックが参照ブロックであるか否かを確認する。内部処理ブロックが参照ブロックである場合にはステップＳ０７に進み、内部処理ブロックが参照ブロックでない場合にはステップＳ０９に進む。

（出力ブロック実行確認工程）
ステップＳ７の出力ブロック実行確認工程では、待ち合わせ処理部２６により、その参照ブロックより前の最も近くに記述された出力ブロックに基づく動作制御部２３による制御の実行が完了するまで待機する。つまり、出力ブロック実行確認工程では、出力ブロック実行確認工程で直近の出力ブロックに基づく制御の実行が完了している場合には次のステップＳ１８に進むが、直近の出力ブロックに基づく制御の実行が完了していない場合には同じステップＳ０７の確認処理を行う。これにより、直近の出力ブロックに基づく制御の実行が完了するまで、内部処理部２２によるそのブロックに従う内部処理及び読込制御部２１による次のブロックの読み込みが停止される。

（停止済フラグ設定工程）
ステップＳ８の停止済フラグ設定工程では、待ち合わせ処理部２６により、停止済フラグの値を「１」に設定する。これにより、加工プログラムにおいて、次の出力ブロックの前に別の参照ブロックが記述されている場合、不必要にステップＳ０６及びＳ０７の処理を行うことを防止する。

（内部処理ブロック実行工程）
ステップＳ９の内部処理ブロック実行工程では、内部処理部２２によって、直近のステップＳ０１で読み込んだ内部ブロックを解析し、内部処理ブロックに従う内部処理を実行する。

（終了確認工程）
ステップＳ１０の終了確認工程では、直近のステップＳ０１で読み込んだブロックが加工プログラムの最後のブロックであるか否かを確認する。対象ブロックが加工プログラムの最後のブロックである場合には処理を終了し、対象ブロックが加工プログラムの最後のブロックでない場合にはステップＳ１１に進む。

（ループパラメータ加算工程）
ステップＳ１１のループパラメータ加算工程では、ループパラメータに１加算する。ループパラメータ加算工程を実行した後は、ステップＳ０１に戻って、次のブロックを読み出す。

図３に、加工プログラムの一例である「Ｏ１２３４」と、この加工プログラムを数値制御装置１が実行した場合の処理のタイミングとを示す。例示する加工プログラムにおいて、ブロックＮ１及びＮ５は工作機械Ｍの複数の駆動軸の動作を指定する出力ブロックであり、ブロックＮ２，Ｎ３，Ｎ４は工作機械Ｍに対する指令信号を生成しない内部処理ブロックである。この中で、ブロックＮ２は、工作機械Ｍからフィードバックされる信号により特定される座標位置を参照する参照ブロックである。

数値制御装置１は、先ず、読込制御部２１により出力ブロックＮ１を読み込み、内部処理部２２により出力ブロックＮ１の内部処理を行う。出力ブロックＮ１の内部処理が進行し、出力ブロックＮ１の内部処理結果に基づいて工作機械Ｍの駆動軸に指令信号を出力することが可能な状態となったなら、動作制御部２３により出力ブロックＮ１に従って工作機械Ｍを動作させる制御が実行される。

出力ブロックＮ１の内部処理が完了したなら、動作制御部２３による出力ブロックＮ１に従う制御の実行と並行して、読込制御部２１により内部処理ブロックＮ２を読み込む。この内部処理ブロックＮ２は参照ブロックであるため、待ち合わせ処理部２６が、内部処理部２２による内部処理ブロックＮ２に従う内部処理の実行を出力ブロックＮ１の実行が完了するまで保留させる。

動作制御部２３による出力ブロックＮ１の実行が完了し、内部処理部２２による内部処理ブロックＮ２の内部処理が完了したならば、待ち合わせ処理部２６が停止済フラグを設定してから、読込制御部２１により内部処理ブロックＮ３が読み込まれる。このとき停止済フラグが設定されているため、内部処理部２２は内部処理ブロックＮ３に従う内部処理を行う。続けて、内部処理ブロックＮ４の読み込み及び内部処理が実行される。

続いて、読込制御部２１により出力ブロックＮ５が読み込まれ、内部処理部２２により出力ブロックＮ１の内部処理が行われる。この内部処理によって出力ブロックＮ５に基づく工作機械Ｍの駆動軸に指令信号を出力可能となったなら、動作制御部２３が出力ブロックＮ５の内部処理結果に従って工作機械Ｍを動作させる制御を実行する。

数値制御装置１は、待ち合わせ処理部２６によって、出力ブロックＮ１に従う工作機械Ｍの制御が完了するまで先読みした参照ブロックＮ２に従う内部処理を停止するので、参照ブロックＮ２において出力ブロックＮ１に従う動作結果を反映した適切な座標値を参照して、以降のブロックＮ３～Ｎ５を実行することができる。

このように、数値制御装置１は、ユーザが指定しなくても適切な先読み処理を行って、全体の処理時間を短縮することができる。

以上、本開示に係る数値制御装置の実施形態について説明したが、本開示に係る数値制御装置は上記実施形態に限るものではない。また、上記実施形態に記載された効果は、本開示に係る数値制御装置から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本開示に係る数値制御装置による効果は、上記実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

上記実施形態では、停止済フラグによって読み込んだ内部処理ブロックが参照ブロックであるか否かを確認するかどうかを決定するが、毎回未実行の出力ブロックが存在するか否かを確認してもよい。

１数値制御装置
１０主記憶部
２０主処理部
２１読込制御部
２２内部処理部
２３動作制御部
２４出力ブロック判別部
２５参照ブロック判別部
２６待ち合わせ処理部
Ｍ工作機械

Claims

加工プログラムの複数のブロックを順番にワーキングメモリに読み込む読込制御部と、
前記読込制御部が読み込んだ前記ブロックに従う内部処理を行い、前記内部処理の結果を保存する内部処理部と、
前記内部処理の結果に基づいて工作機械に対する指令信号を生成することにより工作機械の動作を制御する動作制御部と、
前記読込制御部が読み込んだ前記ブロックが、前記工作機械に対して指令信号を出力させる出力命令を含む出力ブロックであるか、前記出力命令を含まない内部処理ブロックであるかを判別する出力ブロック判別部と、
前記内部処理ブロックが、外部から入力される情報を参照する命令を含む参照ブロックであるか否かを判別する参照ブロック判別部と、
前記内部処理ブロックが前記参照ブロックである場合、それより前の最も近くに記述された前記出力ブロックに基づく前記工作機械の制御の実行が完了するまで、前記内部処理部による前記参照ブロックに従う前記内部処理を停止させ、前記ワーキングメモリ内に読み込んだ前記複数のブロックにおいて前記内部処理ブロックの前に前記動作制御部が前記工作機械の制御を実行していない前記出力ブロックが存在しない場合は、前記内部処理部による前記参照ブロックに従う前記内部処理を停止させない待ち合わせ処理部と、
を備える、数値制御装置。
前記待ち合わせ処理部は、前記参照ブロックに従う前記内部処理を停止したことを示す停止済フラグを設定する、請求項１に記載の数値制御装置。
前記内部処理部は、前記出力ブロックに従う前記内部処理を行ったときは、前記停止済フラグを解除する請求項２に記載の数値制御装置。
前記待ち合わせ処理部は、前記内部処理ブロックが前記参照ブロックである場合、それより前の最も近くに記述された前記出力ブロックに基づく前記工作機械の制御の実行が完了するまで、前記読込制御部による次の前記ブロックの読み込みを停止させる、請求項１から３のいずれかに記載の数値制御装置。