JPH01147610A - 数値制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、スプライン補間機能により補間制御を行なう
数値制御装置に関する。

（従来の技術） 通常のＮＣ工作機械により所定の形状の加工を行なうた
めに用意される加ニブログラムは、自動プログラミング
装置が使用される。これは、指令された点列を順次接続
して工具通路の補間を行なうためのプログラムが必要と
なるからである。特にレーザ加工機などで、高速に精度
良い加工軌跡を必要とする場合や、ティーチングされた
点列に沿ってアームを滑らかに穆動させなくてはならな
いロボットの制御などには、不可欠である。又、型彫機
などでも、複雑な形状のモデルをディジタイジングして
得た点列から、滑らかな加工曲線を実現する加ニブログ
ラムを作成するときには必要とされる。

（発明が解決しようとする問題点） 従来のオフラインでの自動プログラミング装置による補
間は、指令された点列を微小な直線あるいは円弧により
接続する方法であり、通常のＮＣ工作機械を使用してい
る現場においては、作成されたプログラムテープをＮＣ
装置にかけて使用しており、加工結果を見てプログラム
を修正する必要があると、その場で再度プログラムテー
プを作成しなおすことが必要になる。従って、加工の現
場には常に自動プログラミング装置が置かれていなくて
はならない。又、プログラムの修正は、それに習熟して
いない場合には、容易に行なうことができない。

また、一般にＮＣ装置では読み込まれた指令テープのプ
ログラムを読取り、解読して、パルス分配データを作成
するために必要な時間は、ブロックプロセッシング時間
（Ｔｐ）と呼ばれている。上記点列を接続する微小な直
線または円弧の弧の長さをＤとし、指令された送り速度
をＦとするとき、パルス分配に必要な時間Ｔｉｔｐは、
Ｔｉｔｐ＝１１／Ｆとなる。そこでは、ブロックプロセ
ッシング時間に対してこのＴｉｔｐが、Ｔｐ＞Ｔｉｔｐ
となるような大きな送り速度Ｆが指令されても、パルス
分配データの準備が間に合わなくなる。このため、送り
速度Ｆは、 Ｆ≦１１／Ｔｐ となる。つまり、微小な直線または円弧が指令された場
合には、加工速度に制限が出てくる。また、テープ長も
長くなる。他方、加工速度を高めるためには、直線や円
弧に沿って指令される点列の分割を大きくすれば良いが
、そうすると接続された軌跡の滑らかさが失われる。

このように、加工速度と加工精度の問題を同時に解決す
ることができないため、自動プログラミング装置により
補間する方式では型彫機などの加工で、滑らかな加工曲
線を能率良く実現できないという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、自動プロ
グラミング装置を使用せずに、オンラインで形成される
スプライン曲線に沿った補間（スプライン補間という。

）が行なえるようにした数値制御装置を提供することを
目的にしている。

（問題点を解決するための手段） 本発明によれば、離散的に与えられた指令位置を補間し
て指令パルスを形成し可動部を制御する数値制御装置に
おいて、補間する指令位置間を結ぶスプライン曲線を設
定する設定手段と、設定されたスプライン曲線からの距
離の最大値が所定のトレランス以内となる円弧あるいは
直線をスプライン近似曲線とし、て決定する演算手段と
、決定されたスプライン近似曲線に沿う単位時間当りの
移動量を直線あるいは円弧の補間により演算する補間手
段とを具備してなることを特徴とする数値制御装置を提
供できる。

（作用） 本発明の数値制御装置では、指令位置とそのスプライン
補間指令とからスプライン曲線を決定し、この曲線を直
線あるいは円弧で近似した軌跡に従って、送り速度が指
令された速度になるように移動量を演算している。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面に従って詳細に説明する
。

スプライン補間機能により補間を行なう数値制御装置に
ついて、第１図の概略構成図により説明する。

図において、１は指令テープであり、指令位置や指令速
度がパンチされている。２はテープリーダであり、この
テープ１又はメモリ５から工具穆動についてのデータを
読み取る。３は前処理手段であり、データに補間指令の
Ｇコードが含まれているときに指令された点列Ｐに基づ
いてスプライン曲線の係数を演算し、決定している。４
はｃＰＵであり、設定されたスプライン曲線をスプライ
ン曲線からの距離の最大値が所定のトレランス（ε）以
内となる直線あるいは円弧で近似し、その円弧／直線を
補間することにより単位時間当りの移動量を演算する。

こうして作成された補間データは、パルス分配器６で工
具の各軸毎の指令パルスとして分配される。フはサーボ
モータ８を駆動するサーボ制御回路であり、サーボモー
タ８によりボールねじ等を介して工具を移動する。

第２図は、スプライン補間の一例を説明する図で、Ｐｌ
、・・・Ｐｎは、指令された点列、Ｃｉ、・・・Ｃｎは
、それぞれスプライン曲線セグメントである。

スプライン補間では、指令された点列から各スプライン
曲線のセグメントにおけるスプライン曲線に対応するス
プライン関数を決定し、各セグメントを直線または円弧
により近似する。曲線上の点の位置ベクトルＰは、パラ
メータをｔ、ベクトル係数をＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄとすると、 Ｐ＝Ａｔ３　＋Ｂｔ２　＋Ｃｔ＋Ｄ　　　−・・（１）
の３次曲線を示す一般式により示すことができる。各セ
グメントは、この式により決定されるが、その時、これ
らのスプライン曲線が接続されるための条件は、 １）接続点が一致していること、 ２）接続点で接線ベクトルが一致していること、３）接
続点で接線ベクトルの変化率が一致していることである
。

指令された点列から、スプライン曲線を決定するために
は、それぞれ次の様に始点ベクトルＰｓと第１の分割点
のベクトルＰ１とから、上記第１式のスプライン関数ｆ
　（ｔ）を決定する係数ベクトルを求める。

Ｐ　＝　ｆ　（０）　＝　Ｐ　ｓ　＝　Ｄ　　　　　　
・・・（２）Ｐ＝ｆ　（１）＝Ｐ１千Ａ＋Ｂ＋Ｃ◆Ｄ　
　　−・・（３）Ｐ’　＝ｆ’　　（０）＝Ｃ・・・（
４）Ｐ″　−ｆ’　　（０）＝２ＸＤ　　　　　　　・
・・　（５）つまり、始点における位置ベクトル、接線
ベクトル、及び２階微分ベクトルから、係数を演算する
ことが可能である。

次に、設定されたスプライン曲線のセグメント毎に、ス
プライン曲線からの距離が与えられたトレランス（ε）
以下になる直線あるいは円弧を作成し、それを補間する
。第３図には、１つのスプライン曲線セグメント（Ｐ　
ｔＯＰ　ｔｍａｘ　）について、直線と円弧で近似した
軌跡を示している。

第４図は、上記実施例の数値制御装置におけるスプライ
ン補間の手順を示す図である。まず、テープ指令が与え
られると（ステップａ）、そこにあるスプライン補間指
令を読み取り（ステップｂ）、それが演算部であるＣＰ
Ｕ　１において解読され（ステップｃ）、指令された点
列からスプライン曲線の係数を求めて曲線を決定しくス
テップｄ）、決定された曲線を規定する関数のパラメー
タｔを変化させて、スプライン曲線からの距離が、トレ
ランス（ε）以下である円弧または直線の終点（円弧の
場合はその中心も）求め、補間すべき円弧または直線を
決定する（ステップｄ’　）。

ステップｄ′により作成された直線または円弧を、送り
速度が指令された速度Ｆになるよう、所定のパルス分配
周期当りの移動量で補間する（ステップｅ）。補間され
た移動指令はサーボ制御回路７に出力され（ステップｆ
）、サーボモータを駆動して（ステップｇ）、機械の運
転を行なう（ステップｈ）。

上記ステップａで読み込まれるスプライン補間指令は、
たとえば ＧＯ６，１゜ Ｘ−−Ｙ−−Ｚ−−Ｆ−−。

ｘ−−ｙ−−ｚ−−。

のように指令される。ここで、ＧＯ６，１は、スプライ
ン補間モードのＧコード、ｘ、ｙ、ｚは、指令される点
列の座標値、Ｆは切削送りの速度である。

なお、始点での１階微分ベクトル（接線ベクトル）Ｐ′
と、２階微分ベクトルＰ′を指令する場合には、Ｇコー
ドの直後に挿入する。

２番目以降のセグメントにおけるｐ’、ｐ”は、１つ前
のセグメントの終点でのｐ’　、ｐ’を使用する。これ
により、セグメント間での接続点の接線ベクトルと、接
線ベクトルの変化率とはそれぞれ一致する。

なお、Ｐ′のみが始点の端末条件として指令された場合
には、最初のスプライン曲線セグメントが３点目のＰ３
を通るものとして、 ｆ（１＋で）±Ａ（１＋τ）３　＋Ｂ　（１＋τ）２＋
Ｃ（１＋τ）＋Ｄ＝Ｐ５ ただし、τ−Ｐ２　Ｐ５　／ＰＩ　Ｐ２なる関係を使う
。

以上、この発明をある程度詳細にその最も好ましい実施
態様について説明したが、その好ましい実施態様の説明
は、構成の詳細な部分についての変形、特許請求の範囲
に記載された本発明の精神に反しない限りでの種々な変
形、あるいはそれらを組み合わせたものに変更すること
ができることは明らかである。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、指令された点列
を３次のスプライン曲線で順次に接続し、接続されたス
プライン曲線を直線あるいは円弧の補間プログラムによ
りスプライン補間するようにしており、指令された点列
は、加工速度に応じである程度滑らかに接続することが
できるとともに、自動プログラミング装置によりあらか
じめ円弧や直線に分割して近似する必要がなく、現場で
の点列の修正などが可能になり、しかもブロックプロセ
ッシング時間による加工速度の制約がなくなり、加工テ
ープを使用する場合でもその長さは短くなって、高速な
加工を実現できる数値制御装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示すブロック図、第２図
は、スプライン曲線の一例を示す図、第３図は、スプラ
イン補間を詳細に説明するための説明図、第４図は、補
間の手順を示す図である。 １・・・指令テープ、２・・・テープリーダ、３・・・
ＣＰＵ、５・・・メモリ、６・・・サーボ制御回路。 特許出願人　ファナック株式会社 代　理　人　弁理士　辻　　　實

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）離散的に与えられた指令位置を補間して指令パル
   スを形成し可動部を制御する数値制御装置において、補
   間する指令位置間を結ぶスプライン曲線を設定する設定
   手段と、設定されたスプライン曲線からの距離の最大値
   が所定のトレランス以内となる円弧あるいは直線をスプ
   ライン近似曲線として決定する演算手段と、決定された
   スプライン近似曲線に沿う単位時間当りの移動量を直線
   あるいは円弧の補間により演算する補間手段とを具備し
   てなることを特徴とする数値制御装置。
2. （２）前記補間手段は、前記可動部に対してパルス分配
   により所定周期毎に移動量を指令することを特徴とする
   特許請求の範囲第（１）項に記載の数値制御装置。
3. （３）前記設定手段は、３次のスプライン関数の各係数
   を演算し、指令位置間を結ぶスプライン曲線を設定する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第（２）項に記載の数
   値制御装置。
4. （４）前記補間手段は、前記可動部に対する移動量をパ
   ルス分配周期毎に、可動部の位置が前記スプライン関数
   に基づく位置と一致するように指令することを特徴とす
   る特許請求の範囲第（３）項に記載の数値制御装置。
5. （５）前記指令位置の始点におけるスプライン関数の接
   線ベクトルと２階微分ベクトルとを演算する演算手段を
   有し、これらベクトルに基づいて指令位置を接続するス
   プライン曲線を設定することを特徴とする特許請求の範
   囲第（１）項乃至第（４）項に記載の数値制御装置。