JPS63211405A - 高ダイナミックプロセス用数値制御装置 - 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】 （技術分野） 本発明は、複数のパス要素および複数のプロセスパラメ
ータを出力する粗補間器と、複数のパス要素のために前
記粗補間器の出力の側に接続された少なくとも１つの精
密補間器と、中間メモリとを備える高ダイナミックプロ
セス用数値制御装置に関する。特に、本発明は、スパー
ク浸食金属加工機、レーザ加工機等用いる高ダイナミッ
クプロセスの制御のためのバス補間を実行する数値制御
装置に■１する。

（従来技術） 複数のパス要素および複数のプロセスパラメータを出力
する粗補間器と、複数のパス要素のために前記粗補間器
の出力の側に接続された少なくとも１つの精密補間器と
、中間メモリとを備える高ダイナミックプロセス用数値
制御システムは、エル中ナン著のｒ　Ｒｅｃｈｎｅｒｓ
ｔｃｕｅｒｕｎｇｃｎ　ｖｏｎＦｃｒＬｉｇｕｇｓｅｉ
ｎｒｉｃＭｕｎｇｅｎ　　（製造設備における計算器制
御）Ｊ　　（ＩＳＷ４、シュブリンガー出版１９７２年
発行、ベルリン、ハイデンベルグ、ニューヨーク）の１
１３〜１２３頁により公知である。この公知の制御シス
テムにおいて、粗補間器は、固定された時間枠で作動さ
れ、また、粗補間器の出力の側に接続された直線的精密
補間器を作動させる。データは、粗補間器と精密補間器
との間で交換され、また、予め定めらねた時間間隔で前
記時間枠内に行なわれる。わずかに湾曲された輪郭のパ
スを補間する場合、共通の固定の時間枠で粗補間器およ
び精密補間器を作動させると、不必要に小さい結節点間
隔を導く。従って、このような輪郭のために、不必要な
データの溢れが生じ、その結果粗補間器は不必要な計算
を実行することになる。固定された時間枠での補間によ
る他の問題は、バスの特定の終了点に到達すべきである
とき、補間により計算されたバスの特定の終了点で最終
結節点を計算するときに生じる。慣例的に、最終のパス
要素は先行するパス要素の長さと異なる長さを有し、そ
の結果バスの終了点は速度超過を経て固定された時間枠
に達することができるだけである。

ディΦビンダー著のｒ　Ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ　
ｉｎｎｕｍｅｒｉｓｃｈｅｎ　Ｂａｈｎｓｔｅｕｅｒｕ
ｎｇｅｎ　（数値パス補間）Ｊ　　（ＩＳＷ２４、シュ
ブリンガー出版１９７２年発行、ベルリン）６０〜１１
３頁には、固定の時間枠に制限された種々の補間プロセ
スが記載され、比較されている。前記雑誌の１１３〜１
１４頁には、パルス乗算プロセスに従って作業する直線
的精密補間器が記載されている。しかし、このような精
密補間器は、後方への補間をすることができない。また
、この精密補間器は、該補間器の−続きの範囲にわたっ
て実行するにすぎないという欠点がある。

（発明の目的） 本発明の目的は、従来の技術と比較して、バス補間のた
めに必要なデータ量が少なく、補間遠度が速くなるよう
に、上記のタイプの数値制御装置を改良することにある
。

（発明の構成） 本発明によれば、上記目的は、複数のパス要素および複
数のプロセスパラメータを出力する粗補間器と、複数の
パス要素のために前記粗補間器の出力の側に接続された
少なくとも１つの精密補間器と、中間メモリとを備える
高ダイナミックプロセス用数値制御装置において、粗補
間器は独立した時間枠でしかしパス輪郭の幾何学的形状
の関数として粗補間を実行し、また、精密補間器は粗補
間器と時間的に無関係に作動し、粗補間器と精密補間器
とは継ぎ合せ部位がなく固定されない時間枠で両者の間
のデータ交換をし、精密補間器の中間メモリは粗補間器
から出力されるいくつかのパス要素およびプロセスパラ
メータの中間記憶のために設計され、精密補間器の制御
は粗補間器から時間的に独立された制御器に組み込まれ
、該制御器は精密補間プテップ、中間メモリおよびプロ
セスパラメータの出力を独立してかつリアルタイムで実
行させることにより解決される。

（発明の効果） 本発明の数値制御装置は、自由な時間枠で作動し、従フ
て幾何学的形状に依存し、適合する制御を実行し、そこ
で最小のデータだけが生じ、無駄時間か大きく回避され
る。サーボシステムで必要な速度は、幾何学的形状に依
存する計算による本発明の制御装置の場合確実に考慮さ
れる。前方への補間以外に、本発明の制御装置は、また
、後方への補間が可能である。

本発明の制御装置は、制御のために必要な情報の全てを
備えるリアルタイムの高度なダイナミックプロセスの制
御を可能にする。従って、制御装置は、高度なバス分解
能を備える非常に高度なバス速度を可能にする。粗補間
器として使用される主コンピユータは、最小の負荷を受
け、それ故に他の作業のために役立つ。

本発明の数値制御装置は、１μｍのバス補間の場合、毎
分１０ｍでレーザ切断加工を実行することができる。放
電加工の場合、本発明の数値制御装置によれば、１１０
０ｎのパス補間の場合に毎分１ｍの加工時間を達成する
。

重要な他の利点は、また、粗補間器に関して精密補間器
の切離された作動から得られる満足なモジュール性を通
して本発明の制御装置でもって達成される。

幾何学的形状と同期されたプロセスパラメータのリアル
タイム出力は、より高度な能力と正確さを可能にする。

（実施例） 以下、図面に示す本発明の実施例について説明する。し
かし、本発明はこれに限定されない。

第１図には、本発明の２つの主構成要素である粗補間器
１と精密補間器２とが示されている。粗補間器１は、幾
何学的形状を直線状部位に変換し、変換された幾何学的
形状を他の制御情報とともに精密補間器２へ伝送する。

精密補間器２は、システムのスティタス、プロセスのス
ティタスまたは粗補間器１で得た幾何学的ポイントに関
する情報を順次返送することができる。

精密補間器２には、粗補間器１からの情報を順序正しく
記憶する中間蓄積器すなわち中間メモリ３が接続されて
いる。中間メモリ３は、一般に、ランダム・アクセス・
メモリで構成されている。

中間メモリ３の記憶容量は、１メガバイトすなわち１語
８ビツトの１００万バイトにまで容易に拡張することが
できる。最小の構造は、はぼ２キロバイトであり、プロ
セスの運転およびその後の返送を備える長いプログラム
の場合、粗補間器１から非同期的に再装填される。この
プロセスは、開始点に対し後方へ補間することが常に可
能であるように、ブロック方向、前方向および後方向へ
実行することができる。

精密補間器２には、順次制御を本質的に含む独立した；
ｔ１１制御器４が接続されている。制御器４は、異なる
制御信号により作動され、また、ステータス信号の関数
すなわちファンクションとして、いくつかの予めプログ
ラムされた制御シーケンスの１つを実行する。制御器４
の結果、精密補間器２は、粗補間器１から１バイトを受
け、これを中間メモリ３の１を増加されたアドレスに記
憶させ、そしてその旨を粗補間器１に通知する。サーボ
・パス・フレーム・クロック信号Ｔが新たなバス増分の
要求であるとき、サーボ・ディレクション信号すなわち
サーボ方向信号Ｒの関数すなわちファンクションとして
、前方向または後方向の補間のためのｆｔｌ制御シーケ
ンスが実行される。シーケンス速度はサーボ・パス・フ
レーム・クロック信号Ｔと同じまたはそれより速いマイ
クロ秒以下であり、軸的出力ＲＸ、ＴＸ、ＲＹ、ＴＹ、
ＲＺ。

ＴＺ、ＲＣ，ＴＣは正確なパス増分を有する。

精密補間器２は、また、２つのパス増分間のプロセスパ
ラメータＳ、Ｋを出力することが可能である。これらは
、中間メモリ３内の幾何学的形状の点に記憶することが
でき、または、対応する制御シーケンスを順次トリガー
する直接の手動コマンドとして粗補間管路１から出力さ
せることができる。プロセスパラメータに、Ｓは、シス
テムすなわちプロセスのパラメータを修正すべきアドレ
スＳと、前記パラメータの新たな設定値に対応する値に
とを含む。従って、高価な配線費用となることなしに、
１つのバスを経て、および、一致の場合にレジスタの値
にと仮定する１つのアドレスデコーダを経て全てのパラ
メータを制御することが可能である。

第２図は、粗補間器１により出力されるバス要素り、Ｘ
、Ｙ、Ｚ、Ｃの３次元形の４軸制御の穴あけ放電加工機
の実施例を示す。長さしのベクトルは、空間上の点ＰＩ
　、Ｐ２を直線で結び、また、以下に説明するように、
所定のバスから１つの許容できるバスエラーＥより大き
くは相違しない。

このベクトル長さしはその後サーボ・パス・フレーム・
クロック信号Ｔの加算のための基準とされ、その結実装
置のベクトルの真のスピードが保証される。デカルト軸
的要素Ｘ、Ｙ、２は、また、Ｚ軸線の周りの回転Ｃ川の
要素とともに、精密補間器２に伝達され、その後プログ
ラム可能の周波数分割器の分割比を決定する。ｎ１記各
ｌ１ｔＩＩＩ線の数および種類は、一般にプロセス毎に
大きく異なる。従って、３つの主要な軸線Ｘ、Ｙ、Ｚの
外に、スパーク浸食ワイヤ切断機は、円錐状の軸線Ｕ、
Ｖを有する。加えて、現在のレーザ切断機は、レーザビ
ームを予め形成された板状金属部位に最適な方法で指向
させることができるようにするために、少なくとも５つ
の軸線を有する。

現在の、安価なパーソナルコピュータは、角度機能（た
とえば、サイン、コサイン、タンジェント）が必要でな
い数学的な浮動少数点演算を高速かつ正確に実行するこ
とができる。これにはデジタルプロセッサおよびｌチッ
プ浮動少数点プロセッサがあり、これらは基本的演算の
計算速度に関する全ての必要性を満足する。従って、現
在のチップは、３２ビツトの浮動小数点加算または乗算
を１００ｎ秒で実行することができる。２倍鯖度（１１
ビツト指数、５２ビツト仮数）の場合、浮動少数点プロ
セッサは、タンジェント機能に３０μ秒必要とするのに
対し、基本演算および平方根を８μ秒以下で実行するこ
とができる。

多くのプロセッサは、これがインストラクションのセッ
トに角度機能がないため、これらの機能を必要としない
補間器には大きな利点となる。

第３図および第４図は、角度機能のない粗補間器の原理
を示す。円形の部位は、反時看方向へ動かされる。情報
はたとえば国際標準化機構（ＩＳＯ）のＤＩＮ６６０２
５に従って得ることができ、ＧＯ３は反時計方向へ円心
に補間することを意味する。Ｘ’　、Ｙ’は開始座標ｘ
Ｓ。

ＹＳと終了座標ＸＥ、ＹＥとの間の偏差量であり、ビ、
Ｊ°は開始座標ｘｓ　、ｙｓと円の中心Ｍとの間の差の
偏差量である。角６は、Ｘ軸に対する円の中心Ｍと開始
座標ＸＳ　、ＹＳとを結ぶ線の角度である。各αは、前
記線に対するベクトルＬ１に直角な線の角度である。

精密補間器２が直線的に補間するだけであり、また、最
小のデータ量が発生するだけであるから、１つのエラー
値Ｅが理論的な円に関して１つの許容値の最大値よりけ
っして大きくなることのない多角形の進路Ｌ１　・・・
Ｌ４を見付けることが必要である。この許容値は、たと
えば、１μｍとすることができ、また、正確さが重要で
ない部位の場合にはより大きくすることができる。理解
を容易にするために、ベクトル的な表記法は、以後使用
しない。

以下の手順が採用される。

１、円の半径ｒは、次式から得ることができる。

・＝Ｉ’−１’＋７７−璽 ２、第４図の角αを用いる直角三角形において、所与の
エラーＥのための最大弦長さしは、次式から得ることが
できる。

Ｌｌ　＝２　　ｒ−ｒ　−（ｒ−Ｅ）　　（ｒ−Ｅ）３
、Ｌの許容値用に記憶されたリストの助力で、以後説明
するベクトル長さしの次に小さい正確な値を選択するこ
とができる。ベクトルＬ１　・・・Ｌ３が全て等しいと
、上記の計算は幾何学的形状のセット毎に１口実行され
るだけである。

４、三角形の内角の和は１８０度であるから、Ｌｌ　、
Ｙｌ間の角度が和（α＋ε）に対応することを証明する
ことかできる。攻に、 ＸＩ　＝ＬＩ　　−ｓ　ｉ　ｎ　（（！＋６）Ｙｌ　＝
ＬＩ　　−ｃｏｓ　（α＋ε）てあり、幾何学的に変換
後、次式が得られる。

ｓｉｎ　（ａ＋６）＝ｓｉｎａ＋ｃｏｓｇ＋ＣＯｎ　α
　ＩＩ　Ｓ　ｉ　Ｓ　ε ｃｏｎ　（ｃｃ＋ｇ）＝ｃｏｎα’　ｃｏｓε−ｓｉｎ
ａ−ｓｉｓｇ また、第４図から、次式が得られる。

ｓ　ｉ　ｎａ＝ＬＩ　／　（２ｒ） ｃｏｓａ＝１−Ｅ／ｒ ｓｉｎｅ＝Ｊ’／ｒ ｃｏｓε＝Ｉ’／ｒ 故に、角度関数が除去され、角度要素ｘｉ。

Ｙｌは次式から得ることができる。

ＸＩ　　＝ＬＩ　　（Ｊ’　　／ｒ　　（１−Ｅ／ｒ）
＋１’　　／ｒ　−Ｌｌ　　／　（２ｒ））Ｙｌ　　＝
Ｌｌ　　（Ｉ’　　／ｒ　　・　（１−Ｅ／ｒ）−Ｊ’
　　／ｒ−Ｌｌ／　　（２ｒ）） 従って、Ｊ’、Ｉ’だけが変数であり、幾何学的形状の
セット毎の剰余は、一定であり、それ故に、以下のよう
に−・回だけ計算される。

ＸＩ　＝Ｊ’　　・Ｋ］＋１’　　・に２Ｙ１＝Ｉ’　
　・に１　＝Ｊ’　　・Ｋ２Ｋｌ＝ＬＩ　　（１−Ｅ／
ｒ） Ｋ２＝Ｌ１　−Ｌｌ／（２・ｒ−ｒ） ５、萌回の計算時の丸み付けエラーはＸＩ。

Ｙｌに新たに加算され、その結果ＸＩ　、Ｙｌは新たに
整数に丸められる。新たな丸み付けエラーは、次回の計
算のために記憶される。

６、第１のバス要素Ｌｌ　、ＸＩ　、Ｙｌは、精密補間
器２に出力される。

７、終了座標ＸＥ、ＹＥに対する新たな偏差量は、 ｘＩＩＩＩｈ線＝Ｘ’　−ＸＩ ＹＩＩＩＩｈ線＝Ｙ’　　Ｙｌ により計算され、また、新たな円の中心は次のようにな
る。

ＩＩ　＝Ｉ’　−ＸＩ Ｊｌ　＝Ｊ’　−Ｙｌ ８、前記４〜７に従う手順は、終了座標ＸＩＥ。

ＹＥかテーブルに従って許容し得る最終ベクトル長さし
を得ることができるまで、繰り返される。

第３図においては、これ＆鳥たと・えばＬ４である。

従って、多くても、ベクトルＬ４はベクトルＬ１と同じ
長さである。許容し得るベクトル長さしのテーブルか非
ダイレクトジャンプを許すならば、その後ベクトルし４
は２つまたはそれ以上のバス要素り、Ｘ、Ｙから形成す
ることができる。最終の丸み付けエラー、使用するプロ
セッサの有限の計算の正確さ、ＩＳＯコードによる終了
座標ＸＥ　、ＹＥの不安定な過度の決定のような各種の
エラーは、この最終ベクトルＬ４で補正することができ
る。

直線均粗補間のための計算法を第５図および第６図に示
す。ＩＳＯコードにおいて、Ｇｏｔは直線補間を表わす
。Ｘ’　、Ｙ’は、開始座標ＸＳ。

ＹＳと終了座標Ｘε、ＹＥとの間の偏差量である。

直線的補間は、幾何学的図形セットが１つの軸線に関し
てだけ形成されるという点で特殊なケースである。精密
補間器２の制限された誘発性を通して（ディー、ビンダ
ーの１１４頁参照）、バス要素り、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｃが精
密補間器２で何回計算されるかべきかを決定する乗算係
数Ｎをバス要素り、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｃに加えることが好適
であり、それによりデータ量が大きく減少される。

Ｘ方向において、毎分１μｍのバス増分、２０ｍ５の固
定された時間枠の原則で１２７．０００ｍｍ補間するこ
とが必要であるとすれば、過渡的な粗補間器は３８，１
００のバス要素り、Ｘ。

Ｙ、Ｚ、Ｃのデータ氾りを生じるが、精密補間器２が２
ポジシヨンタイプのものであれば、単一のバス要素のセ
ットＮ−Ｌ、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｃにより処理することができ
る。

多輪的移動の場合および小さく許容できるバスエラーＥ
の場合、ゲインは上記の例より明らかに小さいが、デー
タ量が幾何学的形状に依存するだけであるから、コンピ
ュータの負荷はより小さくなる。

第５図において、理論的に要求される直線的バスは、辺
で示され、また、Ｘｏに対する傾斜角αを有する。従っ
て、 ｔａｎａ＝Ｙ’／Ｘ’ ｃｏｓａ＝Ｘ”／ＩＩ。

５ｉｎａ＝Ｙ’／４２ である。

第６図は、理論的パス２がたとえば２セツトノパス要素
Ｌｌ　、　Ｘｉ　、　Ｙｌ　オ、］−びＬ２　、　Ｘ２
　。

Ｙｌでもってどのように実行するかを示す。バスエラー
Ｅは、理論的バスＵに対し直角に求められる。従って、
最大Ｌｌでは、アルゴリズムは終了座標ＸＥ　、ＹＥに
向うように試みられる。最初に、記憶されたテーブルに
従って許容できるベクトル長さだけが使用される。次い
で、軸的要素Ｘｉ、Ｙｌは、計算され、また、パスフレ
ームに適合する整数値に丸められる。１つには、ＸＩ　
＝Ｌｌ　　−Ｘ’　／ｆｌ Ｙｌ　＋Ｌｌ　　−Ｙ’　／ｆｌ が得られる。発生したバスエラーＥが許容値に対し小さ
いか等しいかを明らかにすることが最終的に必要であり
、それにより Ｅ＝　（Ｙｌ　−ＸＩ　　−Ｙ’　／Ｘ’　）　・Ｙ’
　／Ｉｌになる。バスエラーＥがあまりに大きいと、全
体の計算が次に小さい許容できるベクトルＬでもって繰
り返されるか、第１のパス要素Ｌｌ　、　ＸＩ　。

Ｙｌが精密補間器２に出力される。

終了座標ＸＥ、Ｙεに対する新たな偏差量は、Ｘ軸＝ｘ
′・ＸＩ Ｙｌｒｑｂ＝Ｙ’　　−Ｙｌ により計算され、また、この手順は偏差量がセロになる
まで適用される。丸み付けエラーおよび計算剰余は、自
動的に除去される。

軸的要素ｘ、ｙ、ｚ、ｃは、粗補間器１および丸み付け
により最適にされた値により分割される。

第７図は、精密補間器２のプログラム可能の周波数分割
器５の実施例を示す。この回路は、通常のロジック要素
すなわちゲートアレイ技術で設計することができる。一
般的原則において、機能はディ・ビンダー著の前記雑誌
の７３〜７４頁に記載された回路と同じであるが、周波
数分割器５は全ての可能性のある分割比の全てにおいて
全ての許容し得るベクトル長さＬにエラーなしに分割で
き、また、前後方向へ補間できる相違点を有する。これ
を達成するために、ベクトル長さしに等しい開始値にプ
ログラムすることができるカウンタ５０を備え、カウン
タ５０は、サーボ・パス・フレーム・クロック信号Ｔを
クロック入力５１に受け、またサーボ方向信号Ｒに従う
直接入力５２によりカウンタの内容を増加または減少さ
れる。軸的要素レジスタＸ／Ｌ、Ｙ／Ｌ。

Ｚ／Ｌ、Ｃ／Ｌは、粗補間器１により処理された値によ
り分割され、丸みを付けられる軸的要素Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｃ
を含む。

７ポジシヨン精密補間器２のために、この値は１２８に
分割されたベクトル長さＬと等しく、１２７．９７〜１
２８．０１は均等によい結果を与えられる。この定数１
２８は、実験的にまたはコンピュータ・シュミュレーシ
ョンにより決定することができる。最適値は、許容でき
るベクトル長さしの最大値を与え、また、非軸的要素の
組合せＸ、Ｙ、Ｚ、Ｃのために、丸み付けにより生じる
最終エラーを発生する。たとえば、Ｘ軸のために、８０
バス増分が粗補間器１により計算され、その後正確に８
０が精密補間器２により軸的出力ＴＸとして出力されな
ければならない。記載された実施例用としては、許容し
得るベクトル長さは４３であり、粗補間器ｌに記憶され
るべき以下のテーブルが得られる。

１〜１０，１２，１４，１５，１６，１７゜１Ｂ、２０
，２４，２８，３０，３１，３２゜３３．３４，３６，
４０．４Ｂ、５６，６０゜６２．６３，６４，６５，６
６．６８，７２゜８０．９６，１１２，１２０，１２４
，１２６゜１２７゜ ３つの値の部隊な分析に続き、１と１２７との間の各ベ
クトル長さしを２つの部分的なベクトルの最大値から結
合できることは明らかである。

軸的要素レジスタＸ／Ｌ、Ｙ／Ｌ、Ｚ／Ｌ。

Ｃ／Ｌは付加ビットを含み、これらには方向軸的要素Ｘ
、Ｙ、Ｚ、Ｃが作用する。このビットは、排他的オアゲ
ートを介してサーボ方向信号Ｒと関係され、従って移動
方向ＲＸ、ＲＹ、ＲＺ、ＲＣを生じる。クロック信号は
、前記のディ・ビンダー著の雑誌の７２〜７３頁に記載
されている方法と同じ方法で発生され、前記軸的要素レ
ジスタの内容とアンド照合される。

以下のアセンブラのリストは８０５１プロセツサ用のア
ルゴリズムであり、これにより第７図の精密補間器を実
行することができる。しかし、この実施例において、４
２マシンサイクルがパス増分出力のために必要であり、
これは最悪の場合、新たなセグメント転送のために５４
μ秒の浮動時間を導入する。この時間は、通常の必要条
件のためには全く容認できるが、高速システムのために
は１０のファクタにより遅すぎる。それゆえに、このよ
うな適用のためには、別の解決法または混合の変形の選
択が与えられる。

；　　　　　　　Ｂｉｄｉｒｅｃｆｉｏｎｉｌ　　１ｎ
ｔｅｒｐａｌｊｔｉａｎ　　ｌｌ１ｔｈｉｎ　　ａ　　
５ｅｑａｅｎｔ；　ｌＩｕＭＩ！εＲＯＦ　ＨＩＣＲＯ
５ＥＣ，ＰＥＲＩＮ！１ＴＲＵｃＴＩｏｌＩｉ　　　　
　Ｃｏθε Ｊ［ｌ　　　５ＦＷＤ、ＩＩＩＦＯＲＩＩ　　　　　；
　２５ＫＩＰ　ＩＦ　５ＴＥＰ　ＦＯＲ）ＩＡＲＤ；　
　　　　ＩＩＥＲＥ　ＢＡＣにＷＡＲＤＭＯＶ　　　Ｂ
、Ａ　　　　　　　　　　　　：ｌ＝　　　　　　　Ｆ
ＩＮＥ　　ｌ１ｌｒＥＲＰＯＬＩＩＴＩＯＮ　１ｌｌｒ
ｌｌ　八ｒ　ＬＥＡＳ７　４　　ＡＸＥＳＩ　　　　Ｍ
ＡＣＩＩＩＭＥ　＋　　　　　８０５１　１＋１ＴεＬ
　ＭＩＣＲＯＣＯＨＴＲＯＬＬＥＲＡＴ　　１２Ｍ１（
Ｚ：　　　ｕｕ＋ｓｕ＾ＧＥ：　　　ａｏｓｔ　ＭＡＣ
ＲＯＡＳＳＥＨＢＬＥＲ（ｌｌｓＩＲ５ＴＥＰ’ｉｉ ｉ　　　　　ＨＥＲＥ　ＩＨ５ＥＲＩ　ｌ［ＲＥ　ＡＸ
ＥＳ・　　　　０υＩＰＵｒ　５ＴＥＰＳ ＣＬＲ５ｒＥＰＢＹＴＥ　　　　　　　　　　　　　ｉ
　　ｌ　　ＲＥ’ｉＥＩ　ＦＬＡＧＳ　５ＴＥＰ叉、Ｓ
ＴεＰＹ、、、。

１［Ｖ　　　ＬＣＴＲ−ＯＬＤ、ＬＣＴＲｉ　２　ＬＩ
ＰＤＡＴＥ　Ｃ０ｔｌｌｌＴＥＲＭＥＭＯＲＹ・　　５
ＥＧ）ＩＥＮＴ ＩＮＴ−ＦＯＲ勲 ｉ　　　　ＩＩＥＲＥ　５ＴＥＰＳ　ＦＯ四＾ＲＯｆｉ
ＯＶ　　　Ａ、ＤＩＩｊＣＯＭＨＡＨＤ　　　　　　ｉ
　ＩＭＯリ　　　０ＩＲＢＹＴＥ、Ａ　　　　　　　　
　　　；　　ｌ　ＳＥＴ　ＤＩＲＥＣＴＩＯＮ　ＡＳ　
ＰＲＯＧＲＡＨｆｌεＤＩＮＣＬＣＴＲｉ　ｌ　ＩＩＩ
ＣＲＥＨＥＩＩＴ　Ｃ０ＵＮＴＥＲＣＪＮＥ　　　ＬＣ
ＴＲ，ＬＶＥ［：ＴＣＲ，Ｉ［１２１２１Ｆ！ｉＥＧＭ
εＩＩＴ　ＦＩＮＩＳＩＩεＤ、　ＬＯＡＤ　Ｈε−５
ＥＧＭＪＨＰ　　　　６ＥＴ　ＩＩεｌｌ５ＥＧ　　　
　　　　　　・　＋２　ＧＥＴ　ＮＥｉｌ　ＳεＧＭＩ
ＨｒｊＥＮＯｉ 第８図は、精密補間器２のブロック図を示す。

粗補間器１からの制御信号は優先デコーダ８に伝送され
、データは、データバスを介して中間メモリ３、プログ
ラム可能の周波数分割器５およびプロセスパラメータ用
人出力回路１０に供給される。優先デコーダ８は、また
、最優先で処理しなければならないサーボ・パス・フレ
ーム・クロック信号Ｔを受ける。他の優先順位は、シス
テムまたはプロセスに依存し、また、各々の場合固定さ
れなければならない。優先デコーダ８の入力の作動に続
いて、発振器６はこれの開始入力６１に信号を受け、プ
ログラムカウンタ７はたとえば３０ＭＨｚの周波数の信
号を計数する。プログラムカウンタ７が最大値に到達し
たことに基づいて、発振器６は、停止入力６２に入力さ
れる信号より再び停止される。この目的は、第１にはフ
リーランニング発振器と同期させるために待機する必要
がないことであり、第２にはシステムの電力消費が高周
波にもかかわらず低い値に維持されることである。

プログラムカランタフの出力信号は、固定されたプログ
ラムを含むプログラムメモリ９の第１のアドレス入力端
子に接続され、このメモリ９の第２のアドレス入力端子
は優先デコーダ８に接続され、また、第３のアドレス入
力端子はスティタスレジスタ１１に接続されている。従
って、たとえば４種のプログラムシーケンスは、各場合
に１５プログラムステツプに４種の変化の場合に初期化
することができる。たとえば、スティタスレジスタ１１
は、サーボ方向信号Ｒが前方向または後方向の補間を必
要とするか否か、周波数分割器５のカウンタ５０がオー
バフローまたはアンダフローのいずれの位置にあるか等
の情報を含む。スティタスレジスタ１１の機能は、プロ
グラムの正しい変種（たとえば、前方向または後方向補
間）の実行を確実にすることである。

プログラムメモリ９のデータ出力は、主として、周波数
分割器５の出力と、プロセスパラメータ人出力回路すな
わちインターフェース１０のプロセスパラメータＳ、に
の出力と、中間メモリ３の読出し、書込みとを制御し、
調整する。

中間メモリ３は、８ビツト幅の構成とすることがてき、
また、たとえば、速度に応じて４８ビツト幅をイ］する
ことができる。このうち、５×７のヒツトはパス要素り
、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｃとその方向を示し、２ビツトは乗算フ
ァクタＮを決定し、５ビツトはバリディチェックのため
に使用され、１ビツトはアドレスが幾何学的情報である
かプロセスパラメータ情報であるかを示す。中間メモリ
３の構成は、最適な操作の信頼性および好適なコストの
場合に最良な速度を得るために、プロセスの必要性に従
って固定されねばならない。

第９図は、４種のプロセスを含む生産部位を示す。プロ
セス１は簡単な４軸制御の穴あけ放電加工機用であり、
プロセス２は電極交換機、供給ユニット及び処理ロボッ
トを備える極めて複雑な切断−穴あけ放電加工装置用で
あり、プロセス３はレーザ切断機用であり、プロセス４
は製造用の高圧水ジェット切断機用である。これは、本
発明のプロセスをどのように適合し適用できるかを示す
ことを意図する。

従って、たとえば、単一の協力な粗補間器１は、プロセ
ス１．２の方向制御用に使用することができる。加えて
、必要ならば、粗補間器１に返送しない独自のプロセス
３を実行するために、必要なデータを備える不揮発性メ
モリ１５を接続することができる。プロセス４は、いわ
ゆる、同じ部品を常に大量に生産するようにプログラム
されている。プロセス４の精密補間器２は、情報を不揮
発性に記憶した中間メモリ３を効果的に備える。これは
、ＲＡＭ要素への電力の補給をバッテリにより行なうか
、または、電気的にプログラム可能でかつ自由に消去可
能のＲＯＭ要素を用意することにより行なう。

プロセス３の場合、情報の伝達は、磁気テープ、カセッ
トまたはフロッピディスクで行なわれる。これに対し、
プロセス１，２は、ローカル・データ・ネットワークを
介して２方向に実行される。このようなデータ・ネット
ワークは、通常、同軸ケーブルまたは光学的繊維線を用
いて組立てられている。伝送容量は、データの伝送を妨
げないように、充分な値であることが望ましい。

プロセス２は、極めて複雑な問題が簡単な手法で解決さ
れるので、この特殊な関心がある。通常、製造装置用の
充填すなわち補給ロボットおよび供給ユニットは、プロ
セスに従属される３つの独自の数値制御でもって組立て
られる。プロセスシーケンスの間、これらの数値制御は
、無関係とされる。本発明では、切断用放電加工機、穴
あけ用放電加工機、補給ロボットおよび供給ユニットの
制御用として、同じ精密補間器２を使用することかでき
るという、数値制御装置の非常に大きな改良が可能でる
。この目的のためには、軸的出力ＲＸ、ＴＸ、ＲＹ、Ｔ
Ｙ、ＲＺ、ＴＺ、ＲＣ。

ＴＣを、切断機、穴あけ機、ロボットまたは供給ユニッ
トへ、正しく伝達するために、単一の切換えマトリクス
１４が必要である。無サーボ信号を発生するプロセスは
、制御可能の発振器１３により所定のパス速度で実行す
ることができる。また、切換えマトリクス１４および制
御可能の発振器１３は、プロセスパラメータＳ、Ｋによ
り行なわれる。従属する精密補間器１２は、主精密補間
器２と同じ方法で組み付けられ、また、時間制御された
駆動軸が操作されるべきとき用意される。

単一の数値制御装置は、多重操作のいくつかのプロセス
の運転用として充分であるから、重要なコストの節約に
なることが明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の数値制御装置を示すブロック図、第２
図は４軸的空間移動を示す図、第３図は粗補間を示す図
、第４図は円形粗補間のパスエラーおよび軸的要素の計
算法を説明するための図、第５図は直線粗補間を示す図
、第６図は直線粗補間パスエラーおよび軸的要素の計算
法を説明するための図、第７図は精密補間器のプログラ
ム可能の周波数分割器の回路図、第８図は精密補間器の
ブロックダイアダラムを示す図、第９図は実施可能な４
種のプロセス用制御のだ、めの回路を示す図である。 １：粗補間器、　　２：精密補間器、 ３：中間メモリ、　４：制御器、 ５：周波数分割器、６：発振器、 ７：カウンタ、　　　８：優先デコーダ、９ニブログラ
ムメモリ、 １０：インターフェース、 １１：スティタスレジスタ、 １２：従属する精密補間器、１３：発振器、１４：切換
えマトリクス、１５：メモリ。 代理人　弁理士　松　永　宣　行 ｆｔン、２ ん゛ヅ、仝 ｂ′ヲ、ダ 分、Ｓ プロセス３ プロセス４ １号、−９

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. （１）高ダイナミックプロセス用数値制御装置であって
   、 ａ）パス要素（Ｌ、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｃ）およびプロセスパ
   ラメータ（Ｓ、Ｋ）を出力する粗補間器（１）と、ｂ）
   前記パス要素（Ｌ、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｃ）のために前記粗補
   間器（１）の出力の側に接続された少なくとも１つの精
   密補間器（２）と、ｃ）中間メモリ（３）とを備える高
   ダイナミックプロセスのための数値制御装置であって、 ｄ）前記粗補間器（１）は、独立した時間枠で粗補間パ
   ス輪郭の幾何学的形状の関数として粗補間を実行し、 ｅ）前記精密補間器（２）は、時間的に前記粗補間器（
   １）と無関係に作動し、 ｆ）前記粗補間器（１）および前記精密補間器（２）は
   、継ぎ合せ部位がなく固定されされない時間枠で両者の
   間におけるデータの交換をし、 ｇ）前記精密補間器（２）に接続された前記中間メモリ
   （３）は、前記粗補間器（１）から出力されるいくつか
   のパス要素（Ｌ、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｃ）およびプロセスパラ
   メータ（Ｓ、Ｋ）を記憶し、 ｈ）前記精密補間器（２）の制御は、前記粗補間器（１
   ）から時間的に独立された制御器（４）により行なわれ
   、該制御器（４）は、精密補間プテップ、前記中間メモ
   リ（３）および前記プロセスパラメータ（Ｓ、Ｋ）の出
   力を独立してかつリアルタイムで実行させる、数値制御
   装置。
2. （２）前記粗補間器（１）は本質的に標準のプログラム
   可能のコンピュータである、特許請求の範囲第（１）項
   に記載の数値制御装置。
3. （３）前記粗補間器（１）は本質的に標準のプログラム
   可能のパーソナルコンピュータである、特許請求の範囲
   第（２）項に記載の数値制御装置。
4. （４）前記粗補間器（１）は円の関数を使用することな
   しに、浮動少数点演算を計算する、特許請求の範囲第（
   １）項〜第（３）項のいずれか１項に記載の数値制御装
   置。
5. （５）前記粗補間器（１）は、デジタル信号浮動少数点
   プロセッサまたは信号プロセッサを有する、特許請求の
   範囲第（１）項〜第（４）項のいずれか１項に記載の数
   値制御装置。
6. （６）前記粗補間器（１）は、隣接する補間の空間点（
   Ｐ１、Ｐ２）を結ぶベクトルの長さに関して、補間され
   るべき輪郭からのベクトルの最大値が予め定められた値
   （Ｅ）を確実に越えないベクトル長さ（Ｌ）となるよう
   に、パス要素（Ｌ、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｃ）を計算するように
   構成されている、特許請求の範囲第（１）項〜第（５）
   項のいずれか１項に記載の数値制御装置。
7. （７）前記粗補間器（１）は、 ａ）前記パス要素（Ｌ、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｃ）の計算時、前
   記精密補間器（２）で前記ベクトル長さ（Ｌ）に前記軸
   的要素（Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｃ）の最終エラーをベクトル位置
   に関して発生せず、 ｂ）許容できるベクトル長さ（Ｌ）を、数学的シュミレ
   ーションまたは前記精密補間器（２）の試験運転により
   決定しかつ前記粗補間器（１）にテーブル形に記憶する
   ように構成されている、特許請求の範囲第（６）項に記
   載の数値制御装置。
8. （８）前記粗補間器（１）は、 ａ）前記パス要素（Ｌ、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｃ）の計算時、前
   記パス要素（Ｌ、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｃ）を計算するときに前
   記精密補間器（２）で必要な量子化のときに生じる丸み
   付けエラーを計算し、 ｂ）前記パス要素（Ｌ、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｃ）の計算に先立
   って、パス終了点が許容されたベクトル長さ（Ｌ）に達
   したか否かをチェックして、最終エラーがゼロになる最
   終軸的要素（Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｃ）を選択するように構成さ
   れている、特許請求の範囲第（６）項または第（７）項
   に記載の数値制御装置。
9. （９）前記粗補間器（１）は、前記精密補間器（２）に
   よるその後のベクトル長さ（Ｌ）の補間回数を示す係数
   （Ｎ）を、計算されたパス要素（Ｌ、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｃ）
   に乗算するように構成されている、特許請求の範囲第（
   ６）項〜第（８）項のいずれか１項に記載の数値制御装
   置。
10. （１０）前記精密補間器（２）は、カウンタ（５０）と
    、軸的要素レジスタ（Ｘ／Ｌ、Ｙ／Ｌ、Ｚ／Ｌ、Ｃ／Ｌ
    ）と、排他的オア回路とを含む少なくとも１つのプログ
    ラム可能の周波数分割器（５）を備え、 ａ）前記カウンタは、予め定められたベクトル長さ（Ｌ
    ）とともにそれのプログラム化用の入力端子と、サーボ
    ・パス・フレーム・クロック信号（Ｔ）用クロック入力
    端子（５１）と、サーボ方向信号（Ｒ）用方向入力端子
    （５２）とを有し、 ｂ）前記軸的要素レシスタ（Ｘ／Ｌ、Ｙ／Ｌ、Ｚ／Ｌ、
    Ｃ／Ｌ）のそれぞれは、付加的な方向情報および軸的出
    力（ＴＸ、ＴＹ、ＴＺ、ＴＣ）用の入力端子を有し、 ｃ）前記排他的オア回路は、それぞれが前記サーボ方向
    信号（Ｒ）のための１つの入力および対応する前記軸的
    要素レジスタ（Ｘ／Ｌ、Ｙ／Ｌ、Ｚ／Ｌ、Ｃ／Ｌ）のた
    めの他の１つの入力に応答し、その結果として軸的出力
    （ＲＸ、ＴＺ、ＲＹ、ＴＹ、ＲＺ、ＴＺ、ＲＣ、ＴＣ）
    の移動方向（ＲＸ、ＲＹ、ＲＺ、ＲＣ）を決定する複数
    のゲートを備える、特許請求の範囲第（６）項〜第（９
    ）項のいずれか１項に記載の数値制御装置。
11. （１１）前記時間的に独立された制御器（４）は優先デ
    コーダを備え、また、前記制御器（４）は、 ａ）前記粗補間器（１）が前記中間メモリ（２）にデー
    タワードを与えるとき、前記粗補間器（１）が手動制御
    をプロセスに直接導入するとき、または、サーボ・パス
    ・フレーム・クロック信号（Ｔ）が処理されるべきであ
    るとき、に作動されるだけであり、 ｂ）複数の信号を同時に適用する場合、その順位を前記
    優先デコーダ（８）で決定するように構成されている、
    特許請求の範囲第（１０）項に記載の数値制御装置。
12. （１２）前記精密補間器（２）は、少なくとも１つの固
    定されたプログラム可能のシーケンスロジック要素また
    は少なくとも１つのアレイ・ロジック要素を備える、特
    許請求の範囲第（１）項〜第（１１）項のいずれか１項
    に記載の数値制御装置。
13. （１３）前記精密補間器（２）は、固定されたプログラ
    ム可能のメモリ（９）が前記優先デコーダ（８）、ステ
    イタスレジスタ（１１）、中間メモリ（３）、少なくと
    も１つのプログラム可能の周波数分割器（５）、プロセ
    スパラメータ出力回路（１０）およびプログラムカウン
    タ（７）に接続されたハード・ワイヤー・ロジックから
    構成され、また、前記プログラムカウンタ（７）は、前
    記優先デコーダ（８）に応答する、開始入力端子（６１
    ）および停止入力端子（６２）を備える発振器（６）に
    接続されている、特許請求の範囲第（１２）項に記載の
    数値制御装置。
14. （１４）前記精密補間器（２）は、本質的にプログラム
    可能のマイクロプロセッサであり、また、前記精密補間
    器（２）は、これのアルゴリズム、プロセスパラメータ
    および幾何学的データが前記粗補間器（１）により前記
    中間メモリ（３）に加えられ、手動で入力されたインス
    トラクションを前記粗補間器（１）を経て前記プロッセ
    ッサに直接導入し、前記サーボ・パス・フレーム・クロ
    ック信号（Ｔ）の精密補間を実行し、それを軸的出力（
    ＲＸ、ＴＸ、ＲＹ、ＴＹ、ＲＺ、ＴＺ、ＲＣ、ＴＣ）と
    して出力するように設計されている、特許請求の範囲第
    （１）項〜第（１１）項のいずれか１項に記載の数値制
    御装置。
15. （１５）前記中間メモリ（３）またはその一部はバッテ
    リを備えるランダム・アクセス・メモリのような不揮発
    性のメモリであり、該メモリにはプロセスをランダムに
    繰り返すことができるように装置で必要な全ての情報が
    記憶されている、特許請求の範囲第（１）項〜第（１４
    ）項のいずれか１項に記載の数値制御装置。
16. （１６）前記粗補間器（１）と前記精密補間器（２）と
    の間に、フロッピディスクのような不揮発性メモリ手段
    が接続されている、特許請求の範囲第（１）項〜第（１
    ５）項のいずれか１項に記載の数値制御装置。
17. （１７）前記粗補間器（１）と前記精密補間器（２）と
    の間のデータの流れのために、ローカル・データ・ネッ
    トワーク（ＬＡＮ）をさらに備える、特許請求の範囲第
    （１）項〜第（１６）項のいずれか１項に記載の数値制
    御装置。
18. （１８）前記精密補間器（２）は、システムのステイタ
    ス、プロセスパラメータまたは到達された幾何学的形状
    の点に関する情報を前記粗補間器（１）に伝送するよう
    に構成されている。特許請求の範囲第（１）項〜第（１
    ７）項のいずれか１項に記載の数値制御装置。
19. （１９）前記中間メモリ（３）は、サーボシステム用加
    減速に関する幾何学的形状に依存するデータを含む次の
    プロセスパラメータ（Ｓ、Ｋ）を受けるように設計され
    ている、特許請求の範囲第（１）項〜第（１８）項のい
    ずれか１項に記載の数値制御装置。
20. （２０）前記固定的にプログラムされたプログラムメモ
    リ（９）は、複数のプログラムシーケンスの１つを前記
    優先デコーダ（８）および前記ステイタスレジスタ（１
    １）の機能として行なうように構成されている、特許請
    求の範囲第（１５）項〜第（１９）項のいずれか１項に
    記載の数値制御装置。
21. （２１）前記固定的にプログラムされたプログラムメモ
    リ（９）は、前記サーボ方向信号（Ｒ）が負の方向を示
    すとき、１つのプログラムシーケンスを実行し、前記中
    間メモリ（３）からのデータを読み出して反転シーケン
    スに順序付け、そして後方精密補間を開始点に対し最も
    後方で実行するように構成されている、特許請求の範囲
    第（１５）項〜第（２０）項のいずれか１項に記載の数
    値制御装置。
22. （２２）前記サーボ・パス・フレーム・クロック信号（
    Ｔ）および前記サーボ方向信号（Ｒ）により相互に同期
    される複数の精密補間器（２）をプロセス用に備える、
    特許請求の範囲第（１０）項〜第（２１）項のいずれか
    １項に記載の数値制御装置。
23. （２３）前記発振器（１３）は前記精密補間器（２）の
    プロセスパラメータ（Ｓ、Ｋ）により制御される制御可
    能の発振器（１３）から、前記サーボ・パス・フレーム
    ・クロック信号（Ｔ）および前記サーボ方向信号（Ｒ）
    が供給される少なくとも１つの従属精密補間器（１２）
    をさＲに含む、特許請求の範囲第（１０）項〜第（２２
    ）項のいずれか１項に記載の数値制御装置。
24. （２４）前記軸的出力（ＲＸ、ＴＸ、ＲＹ、ＴＹ、ＲＺ
    、ＴＺ、ＲＣ、ＴＣ）を受ける切換えマトリクス（１４
    ）をさらに含み、前記切換えマトリクスは、前記精密補
    間器により出力されたプロセスパラメータ（Ｓ、Ｋ）に
    より、異なる駆動軸（Ｒ１、Ｔ１、Ｒ２、Ｔ２・・・Ｒ
    ｎ、Ｔｎ）とともに前記軸的出力（ＲＸ、ＴＸ、ＲＹ、
    ＴＹ、ＲＺ、ＴＺ、ＲＣ、ＴＣ）と共同する、特許請求
    の範囲第（１０）項〜第（２３）項のいずれか１項に記
    載の数値制御装置。