JPH01234903A - 補間装置 - 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］ この発明は、例えば数値制御装置における経路の補間装
置、特に直線セグメントに分割された曲線を補間する場
合に、軌跡指令値の移動セグメントベクトルとこれに隣
接するセグメントベクトルの接続点における方向変化を
滑らかに接続する高精度の補間装置に関するものである
。

［従来の技術］ 従来工作機械で金型加工などの複雑な曲線の移動制御を
行う場合には、一般にコンピュータを用いた数値制御テ
ープ作成装置により曲線軌跡をあらかじめ一定の精度内
の直線軌跡に近似計算し、この計算された直線軌跡の指
令値を数値制御装置（以下ＮＣ装置という）に入力し、
工作機械の移動制御を行っている。

また曲線補間機能を内蔵したＮＣ装置においても、一般
に一定のサンプリング間隔で曲線を粗補間し、微少な直
線セグメントに分割した後、この直線セグメントの軌跡
上を移動制御する方法が採られている。

第５図は例えば特願昭６１−２９２５７９号公報に示さ
れた従来の補間装置のブロツク図であり、（１）はセグ
メントバッファメモリ、（２）は移動速度計算部、（３
）は補間計算部である。

第６図は第５図の動作原理を説明する図であり、（１０
）は円弧、（１１）〜（１４）は直線セグメントである
。

同図においては円弧（１０）を直線セグメント（１１）
〜（１４）で分割近似したものである。いま直線セグメ
ント（１２）の始点Ｐからサンプリング周期Ｔ毎にセグ
メント上の移動点を順次計算する場合を考える。

先ず移動速度計算部（２）はセグメントバッファメモリ
（１）に格納されている直線セグメント（Ｉ２）の指令
値、即ちＸ軸の移動量Ｘ１、Ｙ軸の移動量Ｙｊ、セグメ
ント長Ω、（Ω、−Ｘ、２＋Ｙ、２）、Ｊｊｊ 移動速度Ｆ、を読出す。次にサンプリング周期Ｔ毎にこ
の間の移動量Δｇ　（−Ｆ−Ｔ）を計算し、これを順次
加算しセグメント積算移動量を計算する。サンプリング
時刻ｉにおけるセグメント積算移動ＷＬ　Ｌ　Ｈは次の
（１）式で求められる。

Ｌ］””ｊ−１＋６ｇ （但し　Ｌ。＝０）　　　　　・・・・・・（１）この
ときのセグメント移動比率に１は次の（２）式％式％（
２） 補間計算部（３）は、直線セグメント（］２）の軸移動
Ｈｘ、、ｙ、とセグメント移動比率に１を用いてＪ 直線セグメント（１２）の始点Ｐに対するサンプリング
時刻ｉにおける移動点Ｐ、の座標（Ｘ、Ｙ、）ｒ　　　
　　　　　　　　　ｉ を （３）式によって計算する。またこのサンプリング周期
の変位量（ΔＸ１、ΔＹ、）を （４）式によって計算し、この計算結果を速度指令値と
して各軸サーボ系に出力する。以下各サンプリング時刻
毎に前記（１）弐〜（４）式の計算を繰り返す。

そしてセグメント積算移動’１２１　Ｌ　１がセグメン
ト長Ω、よりも大きくなったとき、セグメントバラファ
メモリ（１）から次の直線セグメント（１３）のデータ
を読出し、次のセグメントの計算処理に移る。

従来の補間装置は上記のように曲線軌跡を直線セグメン
トで近似し、この直線セグメント上の各サンプリング時
刻毎の移動点を計算するよう構成されているため、例え
ば第６図の円弧（ｌＯ）を直線セグメント（Ｉ１）〜（
１４）で近似した軌跡を指令した場合、サーボ系に出力
される速度指令値ΔＸｌ、ΔＹ、は直線セグメントの接
続部分で階段状に変化する時間関数となる。

第７図は従来の補間装置の動作特性を示す図であり、（
２０−ａ）は移動速度ΔＸ　、　、（２０−ｂ）は移動
速度ΔＹ、（２１）は軌跡誤差を示している。同図にお
いて、直線セグメントの接続部分で移動速度ΔＸ　　（
２０−ａ）及び移動速度ΔＹ、　（２０−ｂ）が階段状
に変化する様子が示されている。この段階状の急峻な速
度変化は、サーボ系に大きな加速度を指令することにな
り機械系の振動や精度の劣化を招くことになる。また曲
線を直線で近似するため第７図の軌跡誤差（２１）に示
されるような周期的誤差が生じる。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来の補間装置では、曲線を直線で近似す
る場合に、この直線セグメントの接続部に大きな加速度
を要し、これを避けるには曲線軌跡をできるだけ微少な
直線セグメントに分割する必要がある。従って例えばＮ
Ｃ工作機械が移動制御を行いながらこの分割演算処理を
高速に実行したり、あるいは予め分割された膨大な直線
セグメントデータを高速で入力し、処理するには能力が
不足であり、加工のための高速移動や高精度制御に問題
があった。

こ、の発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、直線セグメントで構成される軌跡指令から
高精度且つ滑らかな曲線軌跡の移動指令を発生できる補
間装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る補間装置は移動軌跡の移動セグメントベ
クトルとこれに隣接する指令セグメントベクトルとから
補正ベクトルを算出する第１の計算手段と、前記移動セ
グメントベクトルと前記補正ベクトルとから方向ベクト
ルを算出する第２の計算手段と、各サンプル周期毎に前
記方向ベクトルを前記補正ベクトルにより補正した移動
ベクトルを算出し、該移動ベクトル上に次の移動点を移
行せしむる演算を行なう移動点演算処理部とを設けたも
のである。

［作用］ この発明における補間装置の移動点演算処理部は、移動
指令セグメントベクトルとこれに隣接するセグメントベ
クトルの接続点における方向変化を示す補正ベクトルを
用いて、サンプリング周期毎に移動方向を順次変化させ
、且つ与えられた速度で移動する移動点の座標を逐次計
算するように作用する。

［実施例コ 第１図はこの発明の一実施例による補間装置のブロック
図であり、（１）　、（２）は上記従来装置と全く同一
のものである。（３０）は補正ベクトル計算部、（３１
）は方向ベクトル計算部、（３２）は第１補間計算部、
（３３）は移動ベクトル計算部、（３４）は第２捕間計
算部、（３５）は移動点演算処理部で、第１補間計算部
（３２）、移動ベクトル計算部（３３）、第２補間計算
部（３４）により構成される。

第２図は第１図の動作原理を説明する図であり、（ｌＯ
）は円弧、（１１）〜（１４）は直線セグメントである
。

また直線セグメント（１１）、（１２）・・・をそれぞ
れ移動方向に向けたベクトルＸ、　　、Ｘ、・・・て表
ス。

ｊ−Ｉ　　　Ｊ 第２図を参照し第１図の動作を説明する。いま直線セグ
メント（１２）の始点Ｐから終点Ｑ・＼向けて移動する
場合を考える。補正ベクトル計算部（３０）はセグメン
トベクトルＸ１１２）とＸ、　　（＋１）のデＪ　　　
　　、＋−］ 一夕をセグメントバッファメモリ（１）より入力し、前
記２ベクトルの差ベクトルＰ’　Ｑを求め、この差ベク
トルＰ’　Ｑ上に １／２　＜　Ｐ　’　　Ｐ　Ｑ　−＜　ＲＰ　Ｑなる点
Ｒを求め、差ベクトルＲＱ　：　Ｘｄを算出する。この
差ベクトルｘｄは次の（５）式により求められる。

・・・・・・（５） （５）式においてｇ、　、Ω、はそれぞれセグメンＪ−
１ｊ トベルトルＸ、　　、Ｘ、の長さである。方向ベクＪ−
Ｉ　　　　　　Ｊ トル計算部（３１）はセグメントバッファメモリ（１）
から入力されるセグメントベクトルＸ、と補正ベクトル
計算部（３０）から入力される差ベクトルｘｄによりＰ
点から移動すべき方向ベクトルχ、を次の（６）式より
算出する。

ｘ　　−ｘ、−ｘｄ　　　　　　・・・・・・（６）Ｊ 前記差ベクトルＸ　及び方向ベクトル又　は隣接ｐ する２つのセグメントベクトルＸ、　　、Ｘ、を用Ｊ−
Ｉ　　　　　Ｊ いてセグメントベクトルＸ、の移動開始時に計算される
。サンプリング周期毎の移動点はこの工へクトルＸｄと
方向ベクトルＸ、を用いることにより順次計算される。

即ち始点Ｐからサンプリング時刻ｉにおいて次の計算処
理により移動点の座標を算出する。第１補間ｌｉｔ算部
（３２〉は移動速度計算部（２）より人力されるセグメ
ント移動比率に、と補正ベクトル計算部（３０）より入
力される差ベクトルｘｄとを乗算し修正ベクトルに、−
Ｘｄを算出し、この算出結果を移動ベクトル計算部〈３
３）に出力する。移動ベクトル計算部（３３）は第１補
間ｔ１算部（３２）より入力される修正ベクトルに、・
ｘｄと】 方向ベルトル計、算部（３１）から人力される方向ベク
トルＸ　から移動ベクトルＸ　、を（７）式により計１
）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｐ１算
する。

Ｘ、−に、　　　・　Ｘ　　　　十　Ｘ　　　　　　　
　・・・　・・・　く７）ｐ＋　　　　］　　　ｄ　　
　ｐ 第２補間計算部（３４）は移動速度計算部＜２）から入
力されるセグメント移動比率に、と移動ベクトル■ 計算部（３３）から入力される移動ベクトルＸ　とのｉ 乗算を行ない、その乗算結果を始点Ｐに対する移動点ベ
クトルＸ、とする。移動点ベクトルｘ１は（８）式に示
される。

Ｘ　　−Ｋ　　−Ｘ　　　　　　　　−・−・−・（８
）１　　　１　　　　ｐｉ また第２捕間計算部（３４）は該サンプリング周期の変
位ベクトルΔＸ、を次の（９）式により計算する。

Δｘｉ”ｘｌ　　”１−１　　　　　　・・・・・・（
９）（但し　Ｘ。−（０，０）） 第２補間計算部（３４）は（９）式により算出された変
位ベクトルΔｘ１を速度指令値として各軸サーボ系に出
力する。

上記に説明した装置により第２図に示す円弧軌跡（ｌＯ
）を直線セグメント（１１）、（１２）、（１３）・・
・で指令した場合に得られる速度指令値ΔＸ、（ΔＸｉ
。

ΔＹ、）を第３図に示す。

第３図はこの発明の動作特性を示す図であり、（３Ｂ−
ａ）は移動速度ΔＸ　　、　（３Ｂ−ｂ）は移動速度■ ΔＹ、（３７）は軌跡誤差を示している。同図の移動速
度ΔＸ　　（３Ｂ−ａ）及びΔＹｉ（３Ｂ−ｂ）を従来
の補間装置の動作特性である第７図の移動速度Δｘ１（
２０−ａ）及びΔＹｉ（２０−ｂ）と比較すると、サン
プリング周期毎に移動速度の変更が小幅で行われるので
、従来のようなセグメントの接続点における急峻な速度
変化が除去され、滑らかさが大幅に改善された時間関数
となっている。また同様に上記演算によって得られる補
間軌跡と円弧軌跡との間の軌跡誤差（３７）も、従来の
補間方式による第７図の軌跡誤差（２１）と比較して大
幅に改善されている。

これらの特徴は円弧軌跡のみでなく、一般の曲線軌跡に
対しても同様の効果が期待できることは本構成の演算方
式からみて明らかである。

また上記の説明はＸ軸とＹ軸の２次元の例について説明
したが、この方式を多次元に拡張して適用できることも
明らかである。

また上記説明では差ベクトルを隣接するセグメントベク
トルＸ　　とＸ、を用いて計算する場合１１　　　、Ｊ について説明したが、セグメントベクトルＸ、とｘ　ｊ
＋ｌを用いて（５）式のＸ、の代りに・・・・・・（１
０） （ｌＯ）式のＸ　′を用いて計算しても同様の効果が得
られる。

さらにまた高次の差ベクトルを用いて補正ベクトルを作
成することにより一層滑らかな曲線軌跡が得られる。い
ま２次の差ベクトルを用いて補正ベクトルを作成する場
合の実施例につき説明する。

第４図はこの発明の他の実施例による補間装置のブロッ
ク図であり、（１）及び（２）は第１図の機器と全く同
一のものである。（４０）は第１差ベクトル計算部、（
４１）は第２差ベクトル計算部、（４２）は第３差ベク
トル計算部、（４３）は方向ベクトル計算部、（４４）
は第１補間計算部、（４５）はベクトル加算部、（４６
）は第２補間計算部、（４７）は移動ベクトル計算部、
（４８）は第３補間計算部である。また第１、第２及び
第３差ベクトル計算部（４０）、（４１）及び（４２）
は補正ベクトル計算部（３０）を構成し、第１、第２及
び第３補間計算部（４４）、（４６）及び（４８）並び
にベクトル加算部（４５）及び移動ベクトル計算部（４
７）は移動点演算処理部（３５）を構成する。

第４図の動作につき説明する。第１ベクトル計算部（４
０）はセグメントバッファメモリ（１）からセグメント
ベクトルｘｊ−１とｘｊを入力し、この２人力の差ベク
トルｘｄを算出する。第２ベクトル計算部（４１）は同
様にセグメントベクトルＸ、とｘ　ｊ＋ｌを入力し、こ
の２人力の差ベクトルｘｄ′を算出する。第３差ベクト
ル計算部（４２）は第１及び第２差ベクトル計算部（４
０）及び（４１）より入力する差ベクトルＸ　及びＸ　
′の２次差ベクトルｄ　　　　　　　　ｄ ｘｄｄを算出する。方向ベクトル算出部（４３）はセグ
メントバッファメモリ（１）、第１差ベクトル計算部（
４０）及び第３差ベクトル計算部（４８）からそれぞれ
入力されるＸ、ＳＸｄ及びＸｄｄから、Ｐ点における移
動方向ベクトルＸ　を次の（１１）式により算出する。

Ｘ　　−Ｘ、−Ｘｄ−Ｘｄｄ　　　−−−−・−（１１
）Ｊ 第１補間計算部（４４）は移動速度計算部（２）から入
力するセグメント移動比率に１と第３差ベクトル計算部
（４２）から入力する２次差ベクトルｘｄｄとの乗算を
行ない、その乗算結果のＫ　−ｘｄｄを一２次補正ベク
トルとしてベクトル加算部（４５）に出力する。ベクト
ル加算部（４５）は第１補間計算部（４４）より入力さ
れる２次補正ベクトルに、・ｘｄｄと、第１差ベクトル
計算部（４０）から人力される差ベクトルｘｄとの加算
を行い、（１２）式に示されるＸ。ｉを得る。

Ｘ　　−に−Ｘ、ｄ＋Ｘｄ−−−−・−（１２）ｅｌ　
　　１ 第２補間計算部（４６）は移動速度計算部（２）から人
力されるセグメント移動比率Ｋ　と、ベクトル加鼻部（
４５）から入力されるＸ、の乗算を行い、修正ベクトル
に−Ｘ、を算出する。移動ベクトル計１　　　　　　ｃ
＋ 鼻部（４７）は方向ベクトル計算部（４３）から人力さ
れる方向ベクトルχ　と、第２補間計算部（４６）から
人力される修正ベクトルに、・Ｘ、を加算し、ｌ　　　
　　　　Ｃ１ （１３）式の移動ベクトルｘｐｉを得る。

Ｘ　　、−に、　　−Ｘ　　、＋Ｘ　　　　　　・・−
・−（１３）ｐ＋　　　　　ｌ　　　　ｅｌ　　　　　
ｐ第３捕間計算部（４８）は移動速度計算部（２）より
入力されるセグメント移動比率に１と移動ベクトル計算
部（４７）から入力される移動ベクトルｘ、１を用いて
、（８）式及び（９）式移動点ベトクルｘ１及びサンプ
ル周期の変位ベクトルΔｘ１を算出し、Δχ１を各軸サ
ーボ系に出力する。この第４図の構成による装置におい
ては、第１図の構成による装置に比較し、補間の軌跡精
度がさらに向上すると共に速度指令値並びに加速度指令
値も滑らかな移動指令を作成することができる。

また上記第１図及び第４図の装置における諸計算は市販
のマイクロプロセッサ等を用いて容易に実行することが
できる。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、直線セグメントで構成
される軌跡指令値の移動指令セグメントベクトルとこれ
に隣接するセグメントベクトルの接続点における方向変
化を滑らかに接続するように演算制御を行う構成とした
ため、滑らかで高精度の軌跡が生成できると共に、移動
速度の変動の小さい滑らかな速度指令値及び加速度指令
値を発生できる効果を有する。

さらにまた上記演算制御は市販のマイクロプロセッサを
用いて容易に実現できるので補間装置が安価にできる効
果をも有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による補間装置のブロック
図、第２図は第１図の動作原理を説明する図、第３図は
この発明の動作特性を示す図、第４図はこの発明の他の
実施例による補間装置のブロック図、第５図は従来の補
間装置のブロック図、第６図は第５図の動作原理を説明
する図、第７図は従来の補間装置の動作特性を示す図で
ある。 図において、（１）はセグメントバッファメモリ、（２
）は移動速度計算部、（３）は補間計算部、（１０）は
円弧、（１１）　〜（１４）は直線セグメント、（２０
ａ）、（３６ａ）は移動速度ΔＸ、　、（２０ｂ）　、
（３６ｂ）は移動速度ΔＹ、　、（２１）、（３７）は
軌跡誤差、（３０）は補正ベクトル計算部、（３１）は
方向ベクトル計算部、（３２）は第１捕間計算部、（３
３）は移動ベクトル計算部、（３４）は第２補間計算部
、（３５）は移動点演算処理部、（４０）は第１差ベク
トル計算部、（４１）は第２差ベクトル計算部、（４２
〉は第３差ベクトル計算部、（４３）は方向ベクトル計
算部、（４４）は第１補間計算部、（４５）はベクトル
加算部、（４６）は第２補間計算部、（４７）は移動ベ
クトル計算部、（４８）は第３補間計算部である。 なお図中同一符号は同−又は）［１当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 与えられた軌跡指令値に基いて一定のサンプリング周期
   毎に、次の周期の移動点の座標を計算する補間装置にお
   いて、 移動指令セグメントベクトルと該ベクトルに隣接する指
   令セグメントベクトルとの差ベクトルもしくはその高次
   差ベクトルを用いて補正ベクトルを算出する第１の計算
   手段と、 前記移動指令セグメントベクトルと前記第１の計算手段
   により算出された補正ベクトルとより方向ベクトルを算
   出する第２の計算手段と、 各サンプリング周期毎に前記第２の計算手段により算出
   された方向ベクトルを、前記第１の計算手段により算出
   された補正ベクトルにより補正した移動ベクトルを算出
   し、前記移動ベクトル上に次の移動点を移行せしむる演
   算処理を行う移動点演算処理部とを備えたことを特徴と
   する補間装置。