JP7448667B2 - 数値制御システム - Google Patents

Description

本開示は、数値制御システムに関する。

数値制御装置は、予め作成された数値制御プログラムに基づいて、工作機械を構成する複数の機械要素（工具、テーブル、ワークを保持する治具等）を複数の制御軸に沿って移動させることによってワークに加工を行う。また数値制御装置は、工作機械の各機械要素が互いに干渉していないかどうかを確認するための干渉チェック演算を工作機械による加工中に並行して行う干渉チェック機能を備える（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に示された技術では、対象とする２つの機械要素を分離する分離平面及びこの分離平面に対し直交する分離軸の有無に基づいて干渉の有無を判断する所謂分離軸方式に基づいて干渉の有無を判断している。２つの機械要素の間にこのような分離平面及び分離軸を定義できるかどうかは、各機械要素の位置及び姿勢に関する情報を必要とすることから、特許文献１に示された技術では、所定の制御周期で各機械要素の位置に関する位置情報と姿勢に関する姿勢情報を取得した後、分離軸に関する計算を行っている。

特許第５８５７８０３号

ところで従来の数値制御装置では、所定のチェック対象組を構成する２つの機械要素同士が干渉していないかどうかを、各機械要素の形状に関する形状情報、各機械要素の位置に関する位置情報、及び各機械要素の姿勢に関する姿勢情報を用いた干渉チェック演算を行うことによって判断する。数値制御装置では、このような干渉チェック演算を、複数のチェック対象組に対して行う必要があることから、時間がかかるおそれがある。

このためチェック対象組の数が多くなると、数値制御装置による工作機械の制御周期内に全てのチェック対象組について干渉チェック演算を完了することができなくなってしまうおそれがある。またこのため、機械要素同士の干渉を適切なタイミングで検出できなくなってしまうおそれがある。

本開示は、上記課題に鑑みてなされたものであり、数値制御装置における干渉チェック演算を短時間で終えることができる数値制御システムを提供する。

本開示の一態様は、移動指令に基づいて工作機械の複数の機械要素を複数の軸に沿って移動させるとともに所定のチェック対象組を構成する２つの機械要素の間の干渉チェック演算を行うものであって、前記チェック対象組を構成する２つの機械要素の各々の形状及び姿勢に依存する情報である姿勢依存情報を記憶する姿勢依存情報記憶部と、前記機械要素の位置情報を取得し、当該位置情報及び前記姿勢依存情報記憶部に記憶された前記姿勢依存情報に基づいて前記干渉チェック演算を行う干渉チェック部と、前記機械要素の形状情報及び姿勢情報を取得し、前記形状情報及び前記姿勢情報に基づいて前記姿勢依存情報を更新する姿勢依存情報更新部と、を備え、前記姿勢依存情報更新部は、前記姿勢情報が変化しない場合、前記姿勢依存情報を更新しない、数値制御システムである。

本開示の一態様によれば、干渉チェック演算を行うために必要な情報の一部として、チェック対象組を構成する２つの機械要素の各々の形状及び姿勢に依存する情報である姿勢依存情報を姿勢依存情報記憶部に記憶させる。干渉チェック部は、移動指令の下で移動する機械要素の位置情報を取得し、この位置情報と姿勢依存情報記憶部に記憶された姿勢依存情報とに基づいて干渉チェック演算を行う。また姿勢依存情報更新部は、機械要素の形状情報及び姿勢情報を取得し、これら形状情報及び姿勢情報に基づいて姿勢依存情報記憶部に記憶されている姿勢依存情報を更新し、姿勢情報が変化しない場合、姿勢依存情報を更新しない。よって本開示の一態様によれば、機械要素の姿勢情報が変化しない限り、干渉チェック部では、姿勢依存情報記憶部に記憶された姿勢依存情報を使い回して干渉チェック演算を行うことができる。よって本開示の一態様によれば、干渉チェック演算を行う度に姿勢依存情報を再計算する必要がなくなるので、干渉チェック部における干渉チェック演算を短時間で終えることができる。

本開示の第１実施形態に係る数値制御システムの概略図である。 工作機械の一例を示す図である。 上記実施形態に係る干渉チェック演算のアルゴリズムを説明するための図である。 上記実施形態に係る姿勢依存情報の一例を示す図である。 分離軸候補ベクトルの一例である。 分離軸候補ベクトルの一例である。 数値制御装置における干渉チェック処理の具体的な手順を示すフローチャートである（その１）。 数値制御装置における干渉チェック処理の具体的な手順を示すフローチャートである（その２）。 本開示の第２実施形態に係る干渉チェック部における干渉チェック演算のアルゴリズムを説明するための図である。 上記実施形態に係る姿勢依存情報更新部によって生成される姿勢依存情報の一例を示す図である。 上記実施形態に係る数値制御装置における干渉チェック処理の具体的な手順を示すフローチャートである（その１）。 上記実施形態に係る数値制御装置における干渉チェック処理の具体的な手順を示すフローチャートである（その２）。 上記実施形態に係る干渉チェック部における干渉チェック演算のアルゴリズムを説明するための図である。

＜第１実施形態＞
以下、図面を参照して、本開示の第１実施形態に係る数値制御システムについて説明する。

図１は、本実施形態に係る数値制御システム１の概略図である。

数値制御システム１は、工作機械２と、この工作機械２を制御する数値制御装置（ＣＮＣ）３と、を備える。

工作機械２は、工具、テーブル、工具を支持する支持具、及びワークを保持する治具等の所定の立体形状を有する複数の機械要素と、各機械要素を複数の制御軸に沿って移動させる複数のサーボモータ２ａ，２ｂ，…，２ｎと、を備える。工作機械２は、数値制御装置３から送信される移動パルスに基づいて複数のサーボモータ２ａ，…，２ｎを駆動し、複数の機械要素を複数の制御軸に沿って移動させることによって図示しないワークを加工する。ここで工作機械２は、例えば、旋盤、ボール盤、フライス盤、研削盤、レーザ加工機、及び射出成型機等であるが、これらに限らない。

図２は、工作機械２の一例を示す図である。図２に例示する工作機械２は、８つの機械要素２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８を、５つの制御軸Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ａ，Ｃに沿って移動させることが可能となっている。

第８機械要素２８は、図示しないワークを支持する治具である。第７機械要素２７は、第８機械要素２８を支持するテーブルである。第６機械要素２６は、第７機械要素２７及び第８機械要素２８を、例えば鉛直方向に沿って延びる制御軸Ｃ回りで回転自在に支持する基台である。

第５機械要素２５は、第８機械要素２８によって支持されるワークを加工する工具である。第４機械要素２４は、その先端部において、第５機械要素２５を水平面に沿って延びる制御軸Ａ回りで回動自在に支持する支持具である。

第３機械要素２３は、その先端部において第４機械要素２４の基端部を支持する支持具である。第２機械要素２２は、機械要素２３～２５を鉛直方向に沿った制御軸Ｚに沿って移動自在に支持する支持具である。

第１機械要素２１は、機械要素２２～２５を水平面に沿って延びる制御軸Ｘに沿って移動自在に支持する支持具である。またこの第１機械要素２１は、第８機械要素２８によって水平面内において制御軸Ｘと直交する制御軸Ｙに沿って移動自在に支持されている。

図２に例示するような５軸の工作機械２では、第５機械要素２５を制御軸Ａに沿って移動させると、この第５機械要素２５の姿勢が変化する。また第７機械要素２７及び第８機械要素２８を制御軸Ｃに沿って移動させると、これら第７機械要素２７及び第８機械要素２８の姿勢が変化する。以下では、図２に示すような５軸の工作機械２を例として数値制御装置３の構成について説明するが、本開示はこれに限るものではない。

図１に戻り、数値制御装置３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理手段、各種プログラムを格納したＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）等の補助記憶手段、演算処理手段がプログラムを実行する上で一時的に必要とされるデータを格納するためのＲＡＭ（Random Access Memory）といった主記憶手段、オペレータが各種操作を行うキーボードといった操作手段、及びオペレータに各種情報を表示するディスプレイといった表示手段等のハードウェアによって構成されるコンピュータである。

数値制御装置３は、上記ハードウェア構成によって、加工プログラムメモリ３１、指令解析部３２、補間部３３、パルス生成部３４、干渉チェック部３６、機械要素形状記憶部３７、及び干渉チェック前処理装置５等の各種機能が実現される。

加工プログラムメモリ３１には、工作機械２の各機械要素を各制御軸に沿って移動（並進移動及び回転移動を含む）させるための指令を含む数値制御プログラムが格納される。数値制御プログラムは、所定のプログラミング言語（例えば、Ｇコード）によって記述されている。

指令解析部３２は、加工プログラムメモリ３１に格納された数値制御プログラムをブロック毎に読み出し、解析し、解析結果に基づいて工作機械２の各制御軸の移動を指令する移動指令データを生成する。指令解析部３２は、生成した移動指令データを補間部３３へ送信する。

補間部３３は、指令解析部３２から送信される移動指令データに基づいて、指令経路上の点を所定の補間周期で補間計算した補間データを生成する。補間部３３は、生成した補間データをパルス生成部３４へ送信する。

パルス生成部３４は、補間部３３から送信される補間データに基づいて、工作機械２に対する移動指令、すなわち工作機械２の各サーボモータ２ａ，…，２ｎに対する移動パルスを上記補間周期毎に生成する。パルス生成部３４は、以上のようにして生成した移動パルスをサーボモータ２ａ，…，２ｎへ入力することにより、工作機械２の複数の機械要素を複数の制御軸に沿って移動させる。なおパルス生成部３４は、干渉チェック部３６における後述の干渉チェック演算に基づいて複数の機械要素の何れかが干渉すると判断された場合には、この干渉を未然に防ぐべく移動パルスの生成及び工作機械２への入力を停止する。

またパルス生成部３４は、上述のように補間データに基づいて移動パルスを補間周期毎に生成するとともに、今回の補間周期で工作機械２へ入力する予定の移動パルスを、工作機械２へ入力する前に干渉チェック部３６及び干渉チェック前処理装置５へ送信する。

以上より、本実施形態において移動パルスに基づいて工作機械２の複数の機械要素を複数の制御軸に沿って移動させる機械制御部は、加工プログラムメモリ３１、指令解析部３２、補間部３３、及びパルス生成部３４によって構成される。

なお以下では、工作機械２、干渉チェック部３６、及び干渉チェック前処理装置５へ入力する移動パルスを加工プログラムメモリ３１に格納された数値制御プログラムに基づいて自動的に生成する場合、換言すれば数値制御装置３における自動運転に基づいて移動パルスを生成する場合について説明するが、本発明はこれに限らない。工作機械２、干渉チェック部３６、及び干渉チェック前処理装置５へ入力する移動パルスは、オペレータによる数値制御装置３の手動運転に基づいて所定の補間周期毎に生成してもよい。

機械要素形状記憶部３７には、工作機械２を構成する複数の機械要素の各々の形状に関する形状情報が格納されている。より具体的には、機械要素形状記憶部３７は、各機械要素の形状を凸形状の多面体で近似した場合における各面の面データや、各面の法線ベクトルに関するデータ等、後述の姿勢依存情報を算出するために必要なデータを形状情報として記憶する。

なお、上述のようにパルス生成部３４から工作機械２へ入力する移動パルスと同じ補間周期の移動パルスを干渉チェック部３６及び干渉チェック前処理装置５へ入力する場合、仮に補間周期内に干渉チェック部３６による干渉チェック演算を終えることができなかったとしても、直ちに干渉が生じることが無いように、機械要素形状記憶部３７に格納されている形状情報には僅かなマージンを加えておくことが好ましい。すなわち、機械要素形状記憶部３７に格納されている形状情報は、実際の機械要素よりも僅かに大きな機械要素に基づいて作成することが好ましい。

干渉チェック部３６は、上述のようにパルス生成部３４によって生成される移動パルスを工作機械２へ入力し続けた場合に、工作機械２を構成する複数の機械要素同士で干渉が生じるかどうかを判定するための干渉チェック演算を、複数のチェック対象組に対して行う。ここでチェック対象組とは、工作機械２を構成する複数の機械要素のうちの２つを組み合わせて構成される。従って工作機械２を構成する機械要素の総数がＮである場合、チェック対象組の総数はＮ（Ｎ－１）／２である。

干渉チェック部３６は、工作機械２に対する移動指令、より具体的にはパルス生成部３４から補間周期毎に送信される移動パルスに基づいて、上述の機械制御部による制御下の工作機械２における各機械要素の位置に関する位置情報を算出し、算出した位置情報と干渉チェック前処理装置５によって予め生成された後述の姿勢依存情報とに基づいて、各チェック対象組に対する干渉チェック演算を行う。干渉チェック部３６は、干渉チェック演算によって何れかのチェック対象組において干渉すると判断した場合には、その旨をパルス生成部３４へ通知し、干渉が生じる前に移動パルスの生成及び工作機械２への入力を停止させる。

図３は、本実施形態に係る干渉チェック部３６における干渉チェック演算のアルゴリズムを説明するための図である。以下では、理解を容易にするため、チェック対象組とする２つの機械要素Ｅ１，Ｅ２を、それぞれ２次元の正方形とした場合について説明する。なお３次元への一般化は容易であるので、詳細な説明を省略する。また以下では、機械要素の形状は凸形状である場合について説明する。

図３に例示するように、２つの機械要素Ｅ１，Ｅ２が離れており干渉していない場合、２つの機械要素Ｅ１，Ｅ２を分離する分離平面Ｓ（２次元の場合、分離線）と、この分離平面Ｓに対し直交する分離軸Ａと、を定義することができる。換言すれば、２つの機械要素Ｅ１，Ｅ２を分離する分離平面Ｓを備える分離軸Ａが存在しない場合、これら機械要素Ｅ１，Ｅ２は干渉していると判断することができる。

また２つの機械要素Ｅ１，Ｅ２に対し、以上のような性質を備える分離軸Ａが存在する場合、各機械要素Ｅ１，Ｅ２の内部の任意の位置（例えば中心）に定められた基準点Ｏ１，Ｏ２の間の分離軸Ａに沿った長さＲ（以下、「分離軸方向間隔」ともいう）は、機械要素Ｅ１を分離軸Ａに射影したときにおける機械要素Ｅ１の半径ｒ１（以下、「分離軸方向半径」ともいう）と、機械要素Ｅ２の分離軸方向半径ｒ２との和よりも長い。

干渉チェック部３６では、チェック対象組を構成する２つの機械要素に対し、分離軸方向間隔Ｒを２つの分離軸方向半径ｒ１，ｒ２の和よりも大きくするような性質（以下、「分離性質」ともいう）を備える分離軸が存在するか否かを判定する干渉チェック演算を行うことによって、２つの機械要素の干渉の有無を判定する。

図１に戻り、干渉チェック前処理装置５は、姿勢情報監視部５１と、姿勢依存情報更新部５２と、姿勢依存情報記憶部５３と、を備え、これらを用いることによって干渉チェック部３６によって参照される姿勢依存情報を生成する。

姿勢情報監視部５１は、工作機械２に対する移動指令、より具体的にはパルス生成部３４から補間周期毎に送信される移動パルスに基づいて、工作機械２の各機械要素の姿勢に関する姿勢情報を監視する。姿勢情報監視部５１は、パルス生成部３４から送信される移動パルスに基づいて、工作機械２の各機械要素の姿勢に関する姿勢情報を算出するとともに、この姿勢情報が変化するか否かを判定する。より具体的には、姿勢情報監視部５１は、前回の補間周期における移動パルスに基づいて算出した姿勢情報と今回の補間周期における移動パルスに基づいて算出した姿勢情報とを比較することにより、各機械要素の姿勢情報が変化するか否かを判定する。

図２に例示するような５軸の工作機械２では、制御軸Ａを移動させると第５機械要素２５の姿勢が変化し、制御軸Ｃを移動させると第７機械要素２７及び第８機械要素２８の姿勢が変化する。従って姿勢情報監視部５１は、図２に示す工作機械２の例では、移動パルスが制御軸Ａや制御軸Ｃの移動を伴う指令である場合、姿勢情報が変化すると判定する。姿勢情報監視部５１は、以上の手順によって姿勢情報が変化すると判定した場合、その旨とともに変更後の姿勢情報を姿勢依存情報更新部５２へ送信する。

姿勢依存情報記憶部５３は、姿勢依存情報更新部５２によって以下の手順で生成される姿勢依存情報を、干渉チェック部３６における干渉チェック演算の対象とするチェック対象組毎に記憶する。

姿勢依存情報更新部５２は、機械要素形状記憶部３７に格納されている各機械要素の形状情報及び姿勢情報監視部５１から送信される姿勢情報に基づいて、新たに姿勢依存情報を生成し姿勢依存情報記憶部５３に記憶させたり、姿勢依存情報記憶部５３に記憶されている姿勢依存情報を更新したりする。

ここで姿勢依存情報とは、チェック対象組を構成する２つの機械要素の各々の形状及び姿勢に依存しかつ各々の位置に依存しない情報であり、チェック対象組毎に定義される。すなわち、姿勢依存情報は、チェック対象組を構成する２つの機械要素の相対姿勢や各機械要素の形状が変化すると、変化する。また姿勢依存情報は、チェック対象組を構成する２つの機械要素の相対姿勢や各機械要素の形状が変化しない限り、各々の位置が変化しても、変化しない。

次に、本実施形態における姿勢依存情報の内容について具体的に説明する。図３を参照して説明したように、干渉チェック部３６における干渉チェック演算では、チェック対象組を構成する２つの機械要素に対し、分離性質を備える分離軸が存在するか否かを判定することによって、２つの機械要素の干渉の有無を判定する。しかしながらこのような分離軸の存否を確認するためには、一般的には多くの計算を必要とする。そこで数値制御装置３では、チェック対象組毎に分離性質を備える可能性が高いと思われる分離軸の候補を所定の有限数だけ定めておく。そして干渉チェック部３６では、これら限られた数の分離軸候補に対してのみ上述のような分離性質を備えるかを判定することにより、２つの機械要素の干渉の有無を判定する。また姿勢依存情報更新部５２では、干渉チェック部３６における干渉チェック演算を短時間で終えることができるようにするため、図４を参照して説明するように、これら分離軸候補に関する情報を含む姿勢依存情報を生成する。

図４は、姿勢依存情報更新部５２によって生成される姿勢依存情報の一例を示す図である。図４に示すように、姿勢依存情報は、チェック対象組毎に定義される複数の分離軸候補ベクトルのベクトル値と、チェック対象組を構成する２つの構成要素の各々の分離軸方向半径ｒ１，ｒ２と、を含む。ここで分離軸候補ベクトルの数は、チェック対象組を構成する機械要素の形状や相対姿勢に応じて適宜定められる。

例えば図５Ａに例示するように、チェック対象組を構成する２つの機械要素Ｅ１，Ｅ２の形状が両方とも直方体であり、かつ各々の表面が平行である場合、分離軸候補ベクトルの数は３でよい。すなわち、２つの機械要素Ｅ１，Ｅ２に定義される計６つの法線ベクトルのうち、３つの独立な法線ベクトルｖ１、ｖ２、ｖ３を分離軸候補ベクトルとすることができる。

また例えば図５Ｂに例示するように、チェック対象組を構成する２つの機械要素Ｅ１，Ｅ２の形状が両方とも直方体であり、かつ各々の表面が非平行である場合、分離軸候補ベクトルの数は１５でよい。すなわち、一方の機械要素Ｅ１に対して定義される３つの互いに直交する法線ベクトルｖ１、ｖ２、ｖ３と、他方の機械要素Ｅ２に対して定義される３つの互いに直交する法線ベクトルｖ４、ｖ５、ｖ６と、一方の機械要素Ｅ１の法線ベクトルｖ１、ｖ２、ｖ３の何れかと他方の機械要素Ｅ２の法線ベクトルｖ４、ｖ５、ｖ６の何れかとの外積の全組み合わせ（計９つ）と、を分離軸候補ベクトルとすることができる。

以上のように各チェック対象組に対する分離軸候補ベクトルは、チェック対象組を構成する各機械要素に対して定められる複数の法線ベクトルや、これら法線ベクトルの外積によって生成されるベクトル等が用いられる。姿勢依存情報更新部５２は、以上のように各チェック対象組に対して定められた複数の分離軸候補ベクトルのベクトル値や、チェック対象組を構成する２つの機械要素の分離軸候補ベクトルに沿った分離軸方向半径ｒ１，ｒ２を、姿勢情報監視部５１から送信される姿勢情報及び機械要素形状記憶部３７に記憶されている形状情報に基づいて算出する。

図１に戻り、姿勢依存情報更新部５２は、機械要素形状記憶部３７に格納されている各機械要素の形状情報と、姿勢情報監視部５１において姿勢情報が変化すると判定されたタイミングで姿勢情報監視部５１から送信される各機械要素の姿勢情報と、に基づいて、上述のような複数の分離軸候補ベクトルのベクトル値と各分離軸候補ベクトルに対する２つの分離軸方向半径とを含む姿勢依存情報を、各チェック対象組に対して生成し、姿勢依存情報記憶部５３に記憶させる。

なお以上のようにして各チェック対象組に対して定義される分離軸候補ベクトルのベクトル値や、各分離軸候補ベクトルに対する２つの分離軸方向半径は、チェック対象組を構成する機械要素の形状や相対姿勢が変化すると変化する。またこれら分離軸候補ベクトルのベクトル値や２つの分離軸方向半径は、チェック対象組を構成する機械要素の形状や相対姿勢が変化しなければ、各機械要素の位置が変化しても変化しない。

そこで姿勢依存情報更新部５２は、姿勢情報監視部５１において姿勢情報が変化しないと判定された場合には、姿勢依存情報記憶部５３に記憶されている姿勢依存情報を更新しない。また姿勢依存情報更新部５２は、姿勢情報監視部５１において姿勢情報が変化すると判定された場合には、姿勢依存情報記憶部５３に記憶されている姿勢依存情報を更新する。より具体的には、この場合、姿勢依存情報更新部５２は、姿勢依存情報記憶部５３に記憶されている全てのチェック対象組に対する姿勢依存情報のうち、姿勢が変化する機械要素を含むチェック対象組に対する姿勢依存情報（より具体的には、各分離軸候補ベクトルのベクトル値、及び各分離軸候補ベクトルに対する２つの分離軸方向半径ｒ１，ｒ２）を更新し、姿勢が変化する機械要素を含まないチェック対象組に対する姿勢依存情報を更新しない。

図６Ａ及び図６Ｂは、数値制御装置３における干渉チェック処理の具体的な手順を示すフローチャートである。図６Ａ及び図６Ｂに示す干渉チェック処理は、機械制御部によって工作機械２の制御が開始されたことに応じて、干渉チェック前処理装置５及び干渉チェック部３６によって補間周期毎に繰り返し実行される。なお図６Ａ及び図６Ｂの干渉チェック処理を開始する際における姿勢依存情報記憶部５３には、機械制御部による制御開始時における各機械要素の初期姿勢に応じて姿勢依存情報更新部５２によって予め生成された姿勢依存情報が記憶されている。なお以下では、干渉チェック演算を行うチェック対象組の総数はＮｃ（Ｎｃは、１以上の任意の整数）とし、ｍ番目のチェック対象組に対して定義される分離軸候補ベクトルの総数はＮｍとする。

Ｓ１では、姿勢情報監視部５１は、パルス生成部３４から送信される移動パルスに基づいて各機械要素の姿勢情報を算出し、Ｓ２に移る。Ｓ２では、姿勢情報監視部５１は、前回の補間周期時に算出した姿勢情報と今回の補間周期時に算出した姿勢情報とを比較することにより、各機械要素の姿勢情報が変化するか否かを判定する。Ｓ２の判定結果がＹＥＳである場合、姿勢情報監視部５１はＳ３に移る。

Ｓ３では、姿勢依存情報更新部５２は、姿勢情報監視部５１から送信される姿勢情報に基づいて、複数の機械要素のうち姿勢が変化する機械要素と、この姿勢が変化する機械要素を含むチェック対象組と、を特定し、Ｓ４に移る。

Ｓ４では、姿勢依存情報更新部５２は、姿勢情報監視部５１から送信される姿勢情報及び機械要素形状記憶部３７に記憶された形状情報を取得し、これら姿勢情報及び形状情報に基づいて、姿勢依存情報記憶部５３に記憶されている姿勢依存情報を更新し、Ｓ５に移る。より具体的には、姿勢依存情報更新部５２は、取得した姿勢情報及び形状情報に基づいて、Ｓ３において特定したチェック対象組に対する姿勢依存情報（複数の分離軸候補ベクトルのベクトル値、及びこれら分離軸候補ベクトルに沿った２つの分離軸方向半径ｒ１，ｒ２）を再計算し、再計算の結果によって姿勢依存情報記憶部５３の姿勢依存情報を更新する。

またＳ２の判定結果がＮＯである場合、すなわち姿勢情報が変化しない場合、姿勢依存情報更新部５２は、Ｓ３～Ｓ４の処理を実行せずに、すなわち姿勢依存情報記憶部５３に記憶されている姿勢依存情報を更新せずにＳ５に移る。

Ｓ５では、干渉チェック部３６は、チェック対象組カウンタｍの値を１にし、Ｓ６に移る。Ｓ６では、干渉チェック部３６は、パルス生成部３４から送信される移動パルスに基づいてｍ番目のチェック対象組を構成する２つの機械要素の位置情報を算出し、Ｓ７に移る。Ｓ７では、干渉チェック部３６は、分離軸候補ベクトルカウンタｎの値を１にし、Ｓ８に移る。

Ｓ８では、干渉チェック部３６は、ｍ番目のチェック対象組におけるｎ番目の分離軸候補ベクトルのベクトル値と、このｎ番目の分離軸候補ベクトルに沿った２つの分離軸方向半径ｒ１，ｒ２と、を姿勢依存情報記憶部５３から取得し、Ｓ９に移る。

Ｓ９では、干渉チェック部３６は、Ｓ６で取得したｍ番目のチェック対象組を構成する２つの機械要素の位置情報と、Ｓ８で取得したｍ番目のチェック対象組におけるｎ番目の分離軸候補ベクトルのベクトル値と、に基づいて、これら２つの機械要素の間のｎ番目の分離軸候補ベクトルに沿った分離軸方向間隔Ｒを算出し、Ｓ１０に移る。

Ｓ１０では、干渉チェック部３６は、Ｓ９で算出した分離軸方向間隔Ｒは、Ｓ８で取得した２つの分離軸方向半径ｒ１，ｒ２の和より大きいか否かを判定する（Ｒ＞ｒ１＋ｒ２？）。

干渉チェック部３６は、Ｓ１０の判定結果がＮＯである場合、Ｓ１１に移り、分離軸候補ベクトルカウンタｎの値は、ｍ番目のチェック対象組に対して定義される分離軸候補ベクトルの総数Ｎｍより大きいか否かを判定する。干渉チェック部３６は、Ｓ１１の判定結果がＮＯである場合、次の分離軸候補ベクトルを試行するべく、分離軸候補ベクトルカウンタｎの値を１つだけカウントアップした後（Ｓ１２参照）、Ｓ８に戻る。干渉チェック部３６は、Ｓ１１の判定結果がＹＥＳである場合、すなわち全ての分離軸候補ベクトルが分離性質（Ｓ１０参照）を備えないと判定された場合には、ｍ番目のチェック対象組を構成する２つの機械要素の間で干渉が生じると判定し（Ｓ１３参照）、干渉チェック処理を終了する。なお干渉チェック部３６は、１～Ｎｃ番目のチェック対象組の何れかにおいて干渉すると判定した場合には、その旨をパルス生成部３４へ通知し、実際に干渉が生じる前に移動パルスの生成及び工作機械２への入力を停止させる。

また干渉チェック部３６は、Ｓ１０の判定結果がＹＥＳである場合、すなわちｍ番目のチェック対象組では、少なくともｎ番目の分離軸候補ベクトルに分離性質があると判断し、Ｓ１４に移る。Ｓ１４では、干渉チェック部３６は、チェック対象組カウンタｍの値はチェック対象組の総数Ｎｃより大きいか否かを判定する。Ｓ１４の判定結果がＮＯである場合、干渉チェック部３６は、次のチェック対象組について干渉の有無を判断するべく、チェック対象組カウンタの値を１つだけカウントアップした後（Ｓ１５参照）、Ｓ６に戻る。またＳ１４の判定結果がＹＥＳである場合、干渉チェック部３６は、１～Ｎｃ番目の全てのチェック対象組において干渉していないと判断し（Ｓ１６参照）、干渉チェック処理を終了する。

本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態によれば、干渉チェック演算を行うために必要な情報の一部として、チェック対象組を構成する２つの機械要素の各々の形状及び姿勢に依存する情報である姿勢依存情報を姿勢依存情報記憶部５３に記憶させる。干渉チェック部３６は、移動パルスの下で移動する機械要素の位置情報を取得し、この位置情報と姿勢依存情報記憶部５３に記憶された姿勢依存情報とに基づいて干渉チェック演算を行う。また姿勢依存情報更新部５２は、機械要素の形状情報及び姿勢情報を取得し、これら形状情報及び姿勢情報に基づいて姿勢依存情報記憶部５３に記憶されている姿勢依存情報を更新し、姿勢情報が変化しない場合、姿勢依存情報を更新しない。よって本実施形態によれば、機械要素の姿勢情報が変化しない限り、干渉チェック部３６では、姿勢依存情報記憶部５３に記憶された姿勢依存情報を使い回して干渉チェック演算を行うことができる。よって本実施形態によれば、干渉チェック演算を行う度に姿勢依存情報を再計算する必要がなくなるので、干渉チェック部３６における干渉チェック演算を短時間で終えることができる。

本実施形態によれば、チェック対象組を構成する２つの機械要素の各々の形状及び姿勢に依存しかつ各々の位置に依存しない情報を姿勢依存情報として姿勢依存情報記憶部５３に記憶させる。すなわち、姿勢依存情報は、チェック対象組を構成する２つの機械要素の相対姿勢や各機械要素の形状が変化しない限り、各々の位置が変化しても、変化しない。本実施形態によれば、このように定義された姿勢依存情報を姿勢依存情報記憶部５３に記憶させることにより、直線軸（例えば、図２に示す工作機械２の例では、制御軸Ｘ，Ｙ，Ｚのように機械要素を並進させる制御軸）を多く備える数値制御装置３では、姿勢依存情報の更新回数を特に減らすことができる。

本実施形態によれば、姿勢情報監視部５１は、工作機械２に対する移動指令、より具体的にはパルス生成部３４から補間周期毎に送信される移動パルスに基づいて機械要素の姿勢情報を監視し、姿勢依存情報更新部５２は、姿勢情報監視部５１によって姿勢情報が変化すると判定された場合に、姿勢依存情報記憶部５３に記憶された姿勢依存情報を更新する。これにより、姿勢依存情報更新部５２では、機械要素の姿勢が変化する適切なタイミングで姿勢依存情報を更新することができる。

本実施形態によれば、姿勢依存情報記憶部５３は、チェック対象組毎に姿勢依存情報を記憶し、姿勢依存情報更新部５２は、姿勢情報が変化する場合、姿勢が変化する機械要素を含むチェック対象組に対する姿勢依存情報を更新し、姿勢が変化する機械要素を含まないチェック対象組に対する姿勢依存情報を更新しない。これにより、姿勢依存情報更新部５２における計算量を最小限にとどめることができる。またこれにより、干渉チェック部３６における干渉チェック演算を短時間で終えることができる。

本実施形態によれば、姿勢依存情報記憶部５３は、チェック対象組毎に定義される複数の分離軸候補ベクトルのベクトル値と、チェック対象組を構成する２つの機械要素をこの分離軸候補ベクトルに射影したときにおける各々の半径である分離軸方向半径ｒ１，ｒ２と、を姿勢依存情報として記憶し、干渉チェック部３６は、干渉チェック演算では、あらかじめ準備された複数の分離軸候補ベクトルが分離性質を備えるかどうかを判断することによって、干渉の有無を判断する。本実施形態によれば、少ない演算で干渉の有無を効率的に判断することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本開示の第２実施形態に係る数値制御システムについて説明する。本実施形態に係る数値制御システムは、干渉チェック部における干渉チェック演算のアルゴリズム及び干渉チェック前処理装置によって生成される姿勢依存情報の内容において、第１実施形態に係る数値制御システム１と異なる。また以下の第２実施形態に係る数値制御システムの説明において、第１実施形態に係る数値制御システム１と同じ構成については詳細な説明を省略する。

図７は、本実施形態に係る干渉チェック部における干渉チェック演算のアルゴリズムを説明するための図である。図７に示すように干渉チェック部では、チェック対象組を構成する２つの機械要素Ｅ１，Ｅ２の間の干渉の有無を、一方の機械要素Ｅ１の面Ｓ１と他方の機械要素Ｅ２の辺Ｌ１との干渉の有無によって判断する。より具体的には、干渉チェック部は、干渉チェック演算において、チェック対象組を構成する２つの機械要素Ｅ１，Ｅ２のうち、一方の機械要素Ｅ１の面Ｓ１内に原点Ｏを有する斜交座標系を定義する。この斜交座標系は、一方の機械要素Ｅ１の面Ｓ１と平行な面内において互いに直交する２軸をＸ軸及びＹ軸とし、他方の機械要素Ｅ２の辺Ｌ１と平行な軸をＺ軸とする。また干渉チェック演算では、このように定義される斜交座標系における他方の機械要素Ｅ２の辺Ｌ１の座標値に基づいて面Ｓ１と辺Ｌ１との間の干渉の有無を判断する。

本実施形態に係る数値制御装置では、干渉する可能性がある複数の面Ｓ１，Ｓ２，…と、複数の辺Ｌ１，Ｌ２，…と、をそれぞれ干渉候補面及び干渉候補辺として、チェック対象組毎に予め定義しておく。そして干渉チェック部では、各干渉候補面と各干渉候補辺との間の干渉の有無を判断することにより、チェック対象組を構成する２つの機械要素の間の干渉の有無を判断する。

図８は、本実施形態に係る姿勢依存情報更新部によって生成される姿勢依存情報の一例を示す図である。図８には、複数のチェック対象組のうち、ｍ番目のチェック対象組に対する姿勢依存情報のみを示す。姿勢依存情報記憶部には、図８に示すような姿勢依存情報を、全てのチェック対象組に対して記憶する。

図８に示すように、本実施形態に係る姿勢依存情報は、チェック対象組を構成する一方の機械要素に対して定義される複数の干渉候補面と他方の機械要素に対して定義される複数の干渉候補辺との組み合わせ番号に関する情報と、これら複数の干渉候補面と複数の干渉候補辺との全ての組み合わせに対して定義される斜交座標系に関する情報（より具体的には、これら斜交座標系の３つの基底ベクトルのベクトル値に関する情報）と、を含む。ここでｍ番目のチェック対象組における干渉候補面の総数をＮｍとし、干渉候補辺の総数をＭｍとした場合、このｍ番目のチェック対象組に対して定義される斜交座標系の総数はＮｍ×Ｍｍである。

図９Ａ及び図９Ｂは、本実施形態に係る数値制御装置における干渉チェック処理の具体的な手順を示すフローチャートである。図９Ａ及び図９Ｂに示す干渉チェック処理は、機械制御部によって工作機械の制御が開始されたことに応じて、干渉チェック前処理装置及び干渉チェック部によって補間周期毎に繰り返し実行される。なお図９Ａ及び図９Ｂの干渉チェック処理を開始する際における姿勢依存情報記憶部には、機械制御部による制御開始時における各機械要素の初期姿勢に応じて姿勢依存情報更新部によって予め生成された姿勢依存情報が記憶されている。なお以下では、干渉チェック演算を行うチェック対象組の総数はＮｃ（Ｎｃは、１以上の任意の整数）とし、ｍ番目のチェック対象組に対して定義される分離軸候補ベクトルの総数はＮｍとする。

Ｓ２１では、姿勢情報監視部は、パルス生成部から送信される移動パルスに基づいて各機械要素の姿勢情報を算出し、Ｓ２２に移る。Ｓ２２では、姿勢情報監視部は、前回の補間周期時に算出した姿勢情報と今回の補間周期時に算出した姿勢情報とを比較することにより、各機械要素の姿勢情報が変化するか否かを判定する。Ｓ２２の判定結果がＹＥＳである場合、姿勢情報監視部はＳ２３に移る。

Ｓ２３では、姿勢依存情報更新部は、姿勢情報監視部から送信される姿勢情報に基づいて、複数の機械要素のうち姿勢が変化する機械要素と、この姿勢が変化する機械要素を含むチェック対象組と、を特定し、Ｓ２４に移る。

Ｓ２４では、姿勢依存情報更新部は、姿勢情報監視部から送信される姿勢情報及び機械要素形状記憶部に記憶された形状情報を取得し、これら姿勢情報及び形状情報に基づいて、姿勢依存情報記憶部に記憶されている姿勢依存情報を更新し、Ｓ２５に移る。より具体的には、姿勢依存情報更新部は、取得した姿勢情報及び形状情報に基づいて、Ｓ２３において特定したチェック対象組に対する姿勢依存情報（複数の干渉候補面と複数の干渉候補辺の全ての組み合わせに対する斜交座標系の３つの基底ベクトルのベクトル値）を再計算し、再計算の結果によって姿勢依存情報記憶部の姿勢依存情報を更新する。

またＳ２２の判定結果がＮＯである場合、すなわち姿勢情報が変化しない場合、姿勢依存情報更新部は、Ｓ２３～Ｓ２４の処理を実行せずに、すなわち姿勢依存情報記憶部に記憶されている姿勢依存情報を更新せずにＳ２５に移る。

Ｓ２５では、干渉チェック部は、チェック対象組カウンタｍの値を１にし、Ｓ２６に移る。Ｓ２６では、干渉チェック部は、パルス生成部から送信される移動パルスに基づいてｍ番目のチェック対象組を構成する２つの機械要素の位置情報を算出し、Ｓ２７に移る。Ｓ２７では、干渉チェック部は、組み合わせ番号カウンタｎの値を１にし、Ｓ２８に移る。

Ｓ２８では、干渉チェック部は、ｍ番目のチェック対象組におけるｎ番目の干渉候補面と干渉候補辺の組み合わせの斜交座標系の３つの基底ベクトルのベクトル値を姿勢依存情報記憶部から取得し、Ｓ２９に移る。

Ｓ２９では、干渉チェック部は、Ｓ２８で取得した斜交座標系における干渉候補辺の始点Ｐ１（図１０参照）のＺ軸に沿った座標値及び終点Ｐ２（図１０参照）のＺ軸に沿った座標値を、Ｓ２８で取得した３つの基底ベクトルのベクトル値と、機械要素形状記憶部に記憶された形状情報と、Ｓ２６で取得したｍ番目のチェック対象組を構成する２つの機械要素の位置情報と、に基づいて算出し、これら始点のＺ座標値と終点のＺ座標値との積が正であるか否かを判定する。干渉チェック部は、Ｓ２９の判定結果がＮＯである場合には、Ｓ３０に移る。

Ｓ３０では、干渉チェック部は、Ｓ２８で取得した斜交座標系における干渉候補辺の始点Ｐ１のＸ軸に沿った座標値（図１０参照）及び干渉候補面のＸ軸に沿った長さを、Ｓ２８で取得した３つの基底ベクトルのベクトル値と、機械要素形状記憶部に記憶された形状情報と、Ｓ２６で取得したｍ番目のチェック対象組を構成する２つの機械要素の位置情報と、に基づいて算出し、始点のＸ座標値の絶対値が干渉候補面のＸ軸に沿った長さに１／２を乗算したものより大きいか否かを判定する。干渉チェック部は、Ｓ３０の判定結果がＮＯである場合には、Ｓ３１に移る。

Ｓ３１では、干渉チェック部は、Ｓ２８で取得した斜交座標系における干渉候補辺の始点Ｐ１のＹ軸に沿った座標値（図１０参照）及び干渉候補面のＹ軸に沿った長さを、Ｓ２８で取得した３つの基底ベクトルのベクトル値と、機械要素形状記憶部に記憶された形状情報と、Ｓ２６で取得したｍ番目のチェック対象組を構成する２つの機械要素の位置情報と、に基づいて算出し、始点のＹ座標値の絶対値が干渉候補面のＹ軸に沿った長さに１／２を乗算したものより大きいか否かを判定する。干渉チェック部は、Ｓ３１の判定結果がＮＯである場合には、Ｓ３２に移る。

Ｓ３２では、干渉チェック部は、ｍ番目のチェック対象組を構成する２つの機械要素は、ｎ番目の干渉候補面と干渉候補辺とにおいて干渉が生じると判定し、干渉チェック処理を終了する。なお干渉チェック部は、１～Ｎｃ番目のチェック対象組の何れかにおいて干渉すると判定した場合には、その旨をパルス生成部へ通知し、実際に干渉が生じる前に移動パルスの生成及び工作機械への入力を停止させる。

また上述のＳ２９～Ｓ３１の何れかの判定結果がＹＥＳである場合、干渉チェック部は、Ｓ３３に移り、組み合わせ番号カウンタｎの値は、ｍ番目のチェック対象組に対して定義される斜交座標系の総数Ｎｍ×Ｍｍより大きいか否かを判定する。干渉チェック部は、Ｓ３３の判定結果がＮＯである場合、次の斜交座標系を試行するべく、組み合わせ番号カウンタｎの値を１つだけカウントアップした後（Ｓ３４参照）、Ｓ２８に戻る。

また干渉チェック部は、Ｓ３３の判定結果がＹＥＳである場合、Ｓ３５に移り、チェック対象組カウンタｍの値は、チェック対象組の総数Ｎｃより大きいか否かを判定する。Ｓ３５の判定結果がＮＯである場合、干渉チェック部は、次のチェック対象組について干渉の有無を判断するべく、チェック対象組カウンタの値を１つだけカウントアップした後（Ｓ３６参照）、Ｓ２６に戻る。またＳ３５の判定結果がＹＥＳである場合、干渉チェック部は、１～Ｎｃ番目の全てのチェック対象組において干渉していないと判断し（Ｓ３７参照）、干渉チェック処理を終了する。

本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態に係る干渉チェック部は、チェック対象組を構成する２つの機械要素のうちの一方の機械要素の面と平行な面内において互いに直交する２軸をＸ軸及びＹ軸とし、他方の機械要素の辺と平行な軸をＺ軸とする斜交座標系における他方の機械要素の座標値に基づいて干渉の有無を判断し、姿勢依存情報記憶部には、チェック対象組毎に定義される斜交座標系に関する情報を含む姿勢依存情報を記憶させる。本実施形態によれば、少ない演算で干渉の有無を効率的に判断することができる。

ここで、面と辺に基づく第２実施形態に係る干渉チェック演算のアルゴリズムと、分離軸に基づく第１実施形態に係る干渉チェック演算のアルゴリズムとを比較する。第２実施形態に係るアルゴリズムでは、複数の面と辺の組み合わせの何れかにおいて１つでもＳ２９～Ｓ３１に基づく条件を満たせば干渉していると判定できるのに対し、第１実施形態に係るアルゴリズムでは、複数の分離軸候補ベクトルの全てに対しＳ１０に基づく条件を満たすことが判明しなければ干渉していると判定することができない。すなわち、干渉していると判定するためにかかる時間は、第１実施形態に係るアルゴリズムよりも第２実施形態に係るアルゴリズムの方が速い。したがってこれとは逆に、干渉していないと判定するためにかかる時間は、第２実施形態に係るアルゴリズムよりも第１実施形態に係るアルゴリズムの方が速い。

従って、何等かの理由によって干渉の可能性が高い状況では、第２実施形態に係るアルゴリズムに基づいて干渉チェック演算を行うことが好ましい。ここで干渉の可能性が高い状況とは、例えば、直前の干渉チェック演算において僅かな差によって干渉していないと判定された場合、機械要素を包含するように近似した形状情報の下で干渉していると判定された場合、及び２つの機械要素の間の距離が近い場合等が挙げられる。またこれとは逆に、何等かの理由によって干渉の可能性が低い状況では、第１実施形態に係るアルゴリズムに基づいて干渉チェック演算を行うことが好ましい。

本開示は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変更及び変形が可能である。例えば上記実施形態では、図２に示すような５軸の工作機械２を例に説明したが、本開示はこれに限らない。本開示は、任意の軸数の工作機械に適用することができる。例えば３軸の工作機械では、機械要素の姿勢が変化することは稀であることから、姿勢依存情報を姿勢依存情報記憶部に記憶させることによる効果が大きい。

１…数値制御システム
２…工作機械
３…数値制御装置
３１…加工プログラムメモリ
３２…指令解析部
３３…補間部
３４…パルス生成部
３６…干渉チェック部
３７…機械要素形状記憶部
５…干渉チェック前処理装置
５１…姿勢情報監視部
５２…姿勢依存情報更新部
５３…姿勢依存情報記憶部

Claims (6)

1. 移動指令に基づいて工作機械の複数の機械要素を複数の軸に沿って移動させるとともに所定のチェック対象組を構成する２つの機械要素の間の干渉チェック演算を行う数値制御システムであって、
   前記チェック対象組を構成する２つの機械要素の各々の形状及び姿勢に依存する情報である姿勢依存情報を記憶する姿勢依存情報記憶部と、
   前記機械要素の位置情報を取得し、当該位置情報及び前記姿勢依存情報記憶部に記憶された前記姿勢依存情報に基づいて前記干渉チェック演算を行う干渉チェック部と、
   前記機械要素の形状情報及び姿勢情報を取得し、前記形状情報及び前記姿勢情報に基づいて前記姿勢依存情報を更新する姿勢依存情報更新部と、を備え、
   前記姿勢依存情報更新部は、前記姿勢情報が変化しない場合、前記姿勢依存情報を更新しない、数値制御システム。
2. 前記姿勢依存情報は、前記チェック対象組を構成する２つの機械要素の各々の位置に依存しない情報である、請求項１に記載の数値制御システム。
3. 前記移動指令に基づいて前記機械要素の姿勢情報を監視する姿勢情報監視部をさらに備え、
   前記姿勢依存情報更新部は、前記姿勢情報監視部によって姿勢情報が変化すると判定された場合に前記姿勢依存情報を更新する、請求項１又は２に記載の数値制御システム。
4. 前記姿勢依存情報記憶部は、前記チェック対象組毎に前記姿勢依存情報を記憶し、
   前記姿勢依存情報更新部は、前記姿勢情報が変化する場合、姿勢が変化する機械要素を含むチェック対象組に対する前記姿勢依存情報を更新し、姿勢が変化する機械要素を含まないチェック対象組に対する前記姿勢依存情報を更新しない、請求項１から３の何れかに記載の数値制御システム。
5. 前記干渉チェック部は、前記干渉チェック演算において、前記チェック対象組を構成する２つの機械要素を分離する分離平面及び当該分離平面に対し直交する分離軸の有無を位置情報及び姿勢依存情報に基づいて判断することによって干渉の有無を判断し、
   前記姿勢依存情報は、前記チェック対象組毎に定義される複数の分離軸候補ベクトルと、当該チェック対象組を構成する２つの機械要素を前記分離軸候補ベクトルに射影したときにおける各々の半径である分離軸方向半径と、を含む、請求項１から４の何れかに記載の数値制御システム。
6. 前記干渉チェック部は、前記干渉チェック演算において、前記チェック対象組を構成する２つの機械要素のうち一方の機械要素の面と平行な面内において互いに直交する２軸をＸ軸及びＹ軸とし、他方の機械要素の辺と平行な軸をＺ軸とする斜交座標系における他方の機械要素の座標値に基づいて干渉の有無を判断し、
   前記姿勢依存情報は、前記チェック対象組毎に定義される前記斜交座標系に関する情報を含む、請求項１から４の何れかに記載の数値制御システム。

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