JPWO2019082394A1

JPWO2019082394A1 - 数値制御装置

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Publication number: JPWO2019082394A1
Application number: JP2018527260A
Authority: JP
Inventors: 惇一内田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-10-27
Filing date: 2017-10-27
Publication date: 2019-11-14
Also published as: WO2019082394A1

Abstract

数値制御装置（１）は、被加工物を加工する工作機械（２）を制御する装置であって、始点と終点とを結ぶ工具の移動経路を生成する経路演算部（１２）と、工具が経路演算部（１２）によって生成された移動経路を移動する場合、工作機械（２）の動作に関連する部品、治具、被加工物及び工具の間で干渉が生じるか否かを判定するための干渉チェックシミュレーションを行うシミュレーション演算部（１４）と、工作機械（２）を制御するためのプログラムを移動経路をもとに生成する数値制御部（１５）とを有する。経路演算部（１２）は、干渉チェックシミュレーションの結果をもとに移動経路の修正が必要か否かを判定し、移動経路の修正が必要と判定した場合、移動経路を、工具が移動するときに部品、治具、被加工物及び工具が相互に干渉しない移動経路に修正する。

Description

本発明は、工作機械を制御する数値制御装置に関する。

数値制御装置は、プログラムにしたがって、例えば被加工物への加工を工作機械に行わせる装置である。加工を開始する前、又は加工の途中で加工を一時停止して加工状況を確認する際に、工作機械に取り付けられた工具を特定の位置に移動させることがある。工具を移動させる方法には、作業者が数値制御装置に付属している操作盤を操作して手動で移動させる方法と、工具の移動経路を示すプログラムにしたがって移動させる方法とがある。

作業者は、工具を移動させる場合、部品、治具、被加工物及び工具が相互に干渉することなく工具が移動することができることを確認する必要がある。そのため、工具を実際に移動させる前に、干渉チェックシミュレーションが行われる。干渉チェックシミュレーションは、工具が移動する際に部品、治具、被加工物及び工具のうちのいずれかが部品、治具、被加工物及び工具のうちの他のいずれかと干渉するか否かを判定するためのものである。干渉チェックシミュレーションの結果、干渉が生じることが判明した場合、数値制御装置は、表示器により警告を示す情報を表示し、作業者に対して、工具の移動経路を示すプログラムの見直し、又は工具の移動を手動で行うことを促す。

干渉を生じさせることなく工具を移動させるためには、作業者は、干渉を生じさせない工具の移動経路を検討し、検討した移動経路の通りに工具を移動させるためのプログラムを作成しなければならない。工作機械が動作する際に用いられる治具もしくは被加工物の形状又は工作機械によって被加工物から製造される製品の形状が複雑になると、干渉を生じさせない工具の移動経路を案出することが難しくなり、移動経路の案出に比較的長時間の検討及び試行錯誤が必要になる場合がある。

移動経路の案出にかかる作業者の負担を軽減するために、作業者が入力した始点及び終点をもとに、始点から終点に工具を移動させるための移動経路であって干渉を生じさせない移動経路を作成するシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−８２２８５号公報

上記の従来のシステムは、あらかじめ設定された複数のルールにしたがって始点から終点までの工具の移動経路を複数個生成した後、生成したすべての移動経路について干渉チェックシミュレーションを行い、干渉が生じない移動経路を選択する。そのため、ルールにしたがって生成されたすべての移動経路において干渉が生じる場合、上記の従来のシステムは干渉が生じない移動経路を生成することができない。

上記の従来のシステムでは、工具の移動経路を生成するためのルールとして、始点と終点との間の移動距離が最短距離となるように移動させる、又は、各移動軸について優先順位を設けて順次移動させる、といったルールが例示されている。こうしたルールでは、各移動軸においては正又は負の一方向にしか工具を移動させることができないため、例えば被加工物に凸部がある場合、ルールにしたがって生成されたすべての移動経路において干渉が生じてしまうことがある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、部品、治具、被加工物及び工具が相互に干渉しない工具の移動経路を生成することができる数値制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、被加工物を加工する工作機械を制御する数値制御装置であって、前記工作機械が用いる工具の移動の始点及び終点を示す情報を受け付ける入力部と、前記始点と前記終点とを結ぶ前記工具の移動経路を生成する経路演算部と、前記工具が前記経路演算部によって生成された前記移動経路を移動する場合、前記工作機械の動作に関連する部品、治具、前記被加工物及び前記工具の間で干渉が生じるか否かを判定するための干渉チェックシミュレーションを行うシミュレーション演算部と、前記工作機械を制御するためのプログラムを前記移動経路をもとに生成する数値制御部とを有する。前記経路演算部は、前記シミュレーション演算部によって行われた前記干渉チェックシミュレーションの結果をもとに前記移動経路の修正が必要か否かを判定し、前記移動経路の修正が必要と判定した場合、前記移動経路を、前記工具が移動するときに前記部品、前記治具、前記被加工物及び前記工具が相互に干渉しない移動経路に修正する。

本発明にかかる数値制御装置は、部品、治具、被加工物及び工具が相互に干渉しない工具の移動経路を生成することができるという効果を奏する。

実施の形態にかかる数値制御装置の構成を示す図実施の形態にかかる数値制御装置の動作の手順を示すフローチャート実施の形態にかかる数値制御装置が有する経路演算部が生成する初期経路と修正後の移動経路との一例を模式化して示す図実施の形態にかかる数値制御装置が有する経路演算部の構成を示す図実施の形態にかかる数値制御装置が有する経路演算部が修正後の移動経路を生成する方法の一例を説明するための図実施の形態にかかる数値制御装置が有する入力部、経路演算部、シミュレーション演算部及び数値制御部の少なくとも一部の機能がプロセッサによって実現される場合のプロセッサを示す図実施の形態にかかる数値制御装置が有する入力部、経路演算部、シミュレーション演算部及び数値制御部を構成する少なくとも一部の構成要素が処理回路によって実現される場合の処理回路を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかる数値制御装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
まず、実施の形態にかかる数値制御装置１の構成を説明する。図１は、実施の形態にかかる数値制御装置１の構成を示す図である。数値制御装置１は、被加工物を加工する工作機械２を制御する装置である。数値制御装置１は、工作機械２の動作に関連する部品、治具、被加工物及び工具が相互に干渉しない経路である工具の移動経路を生成し、生成した移動経路をもとに工作機械２を制御するためのプログラムを生成し、生成したプログラムを用いて工作機械２を制御する。図１には、工作機械２も示されている。

部品は、工作機械２を構成するものである。治具は、工作機械２に取り付けられるものである。被加工物は、工作機械２によって加工されるものである。又は、被加工物は、工作機械２によって状態が変更させられるものである。工具は、工作機械２に取り付けられ、工作機械２によって制御されて被加工物の状態を変化させるためのものである。例えば、工具は、工作機械２によって運動させられて被加工物を加工するためのものである。

数値制御装置１は、工作機械２が用いる工具の移動の始点及び終点を示す第１情報を受け付ける入力部１１を有する。作業者は工具の移動の始点及び終点を示す第１情報を入力部１１に入力し、入力部１１は入力された第１情報を受け付ける。

数値制御装置１は、入力部１１が受け付けた第１情報が示す始点と終点とを結ぶ工具の移動経路を生成する経路演算部１２を更に有する。具体的には、入力部１１は作業者によって入力された第１情報を経路演算部１２に出力し、経路演算部１２は入力部１１からの第１情報をもとに工具の移動経路を生成する。例えば、経路演算部１２は、第１情報が示す始点と終点とを直線で結ぶ移動経路を生成する。

数値制御装置１は、経路演算部１２によって生成された工具の移動経路を示す情報を表示する表示部１３を更に有する。なお、入力部１１と表示部１３とは、別個のものであってもよいし、一体のものであってもよい。例えば、入力部１１と表示部１３とは、タッチパネルディスプレイによって一体に構成されていてもよい。

数値制御装置１は、工作機械２に取り付けられた工具が経路演算部１２によって生成された移動経路を移動する場合、工作機械２の動作に関連する部品、治具、被加工物及び工具の間で干渉が生じるか否かを判定するための干渉チェックシミュレーションを行うシミュレーション演算部１４を更に有する。つまり、数値制御装置１は、工作機械２に取り付けられた工具が経路演算部１２によって生成された移動経路を移動する場合、部品、治具、被加工物及び工具のうちのいずれかが部品、治具、被加工物及び工具のうちの他のいずれかと干渉するか否かを判定するための干渉チェックシミュレーションを行うシミュレーション演算部１４を更に有する。

具体的には、経路演算部１２は生成した移動経路を示す情報をシミュレーション演算部１４に出力する。シミュレーション演算部１４は、経路演算部１２からの情報をもとに干渉チェックシミュレーションを行う。経路演算部１２は、シミュレーション演算部１４によって行われた干渉チェックシミュレーションの結果をもとに移動経路の修正が必要か否かを判定する。

具体的には、シミュレーション演算部１４は、干渉チェックシミュレーションによって、工作機械２に取り付けられた工具が経路演算部１２によって生成された移動経路を移動する場合、部品、治具、被加工物及び工具のうちのいずれかが部品、治具、被加工物及び工具のうちの他のいずれかと干渉するか否かを判定する。更に言うと、シミュレーション演算部１４は、工具が経路演算部１２によって生成された移動経路を移動する場合、部品、治具、被加工物及び工具のうちのいずれかが部品、治具、被加工物及び工具のうちの他のいずれかに衝突するか否かを判定する。つまり、シミュレーション演算部１４は、干渉が生じるか否かを判定する。

より具体的には、シミュレーション演算部１４は、部品、治具、被加工物及び工具の各々の３次元形状情報も考慮して干渉チェックシミュレーションを行う。例えば、入力装置３が数値制御装置１に接続されており、作業者が入力装置３を用いて上記の３次元形状情報をシミュレーション演算部１４に入力し、シミュレーション演算部１４は、入力された３次元形状情報も考慮して干渉チェックシミュレーションを行う。図１には、入力装置３も表示されている。入力装置３の一例は、汎用のパーソナルコンピュータに接続されるキーボード及びマウスの一方又は双方である。

上記の３次元形状情報は、作業者によって入力されると限定されない。例えば、数値制御装置１が上記の３次元形状情報を含むデータファイルをあらかじめ有していて、シミュレーション演算部１４は当該データファイルに含まれている３次元形状情報も考慮して干渉チェックシミュレーションを行ってもよい。シミュレーション演算部１４は、当該データファイルを有していてもよい。いずれにしても、経路演算部１２は、シミュレーション演算部１４によって行われた干渉チェックシミュレーションの結果をもとに移動経路の修正が必要か否かを判定する。

経路演算部１２は、干渉チェックシミュレーションの結果をもとに移動経路の修正が必要であると判定した場合、生成した移動経路を、工具が移動するときに部品、治具、被加工物及び工具が相互に干渉しない移動経路に修正する。経路演算部１２が移動経路の修正が必要であると判定する場合は、干渉が生じる場合である。表示部１３は、経路演算部１２によって修正された工具の移動経路を示す情報を表示する。つまり、表示部１３は、部品、治具、被加工物及び工具が相互に干渉しない移動経路を示す情報を表示する。

数値制御装置１は、工作機械２を制御するためのプログラムを移動経路をもとに生成し、生成したプログラムを用いて工作機械２を制御する数値制御部１５を更に有する。プログラムは、工具の移動を制御するためのものでもある。具体的には、数値制御部１５は、経路演算部１２によって移動経路の修正は必要でないと判定された場合、経路演算部１２によって生成された移動経路をもとにプログラムを生成し、経路演算部１２によって移動経路の修正が必要であると判定された場合、経路演算部１２によって修正された移動経路をもとにプログラムを生成する。つまり、数値制御部１５は、干渉チェックシミュレーションの結果、部品、治具、被加工物及び工具が相互に干渉しない場合、経路演算部１２によって生成された移動経路をもとにプログラムを生成する。数値制御部１５は、干渉チェックシミュレーションの結果、部品、治具、被加工物及び工具のうちのいずれかが部品、治具、被加工物及び工具のうちの他のいずれかと干渉する場合、経路演算部１２によって修正された移動経路をもとにプログラムを生成する。

次に、実施の形態にかかる数値制御装置１の動作を説明する。図２は、実施の形態にかかる数値制御装置１の動作の手順を示すフローチャートである。作業者は工具の移動の始点及び終点を示す第１情報を入力部１１に入力し、入力部１１は入力された第１情報を受け付ける（Ｓ１）。つまり、入力部１１は、工具の移動の始点及び終点を示す第１情報を受け付ける（Ｓ１）。入力部１１は、工具の移動の始点及び終点を示す第１情報を経路演算部１２に出力する。工具の移動の始点及び終点を示す第１情報は、経路演算部１２に設定される。

経路演算部１２は、設定された第１情報が示す始点と終点とを結ぶ工具の移動経路を生成する（Ｓ２）。ステップＳ２において生成される移動経路は、初期経路と定義される。ステップＳ２において、例えば、経路演算部１２は、あらかじめ設定されたアルゴリズムにしたがって初期経路を生成する。具体的には、経路演算部１２は、始点と終点とを直線で結ぶ初期経路を生成する（Ｓ２）。

シミュレーション演算部１４は、部品、治具、被加工物及び工具の各々の３次元形状を示す３次元形状情報をもとに、工作機械２に取り付けられた工具が経路演算部１２によって生成された初期経路を移動する場合、部品、治具、被加工物及び工具のうちのいずれかが部品、治具、被加工物及び工具のうちの他のいずれかと干渉するか否かを判定するための干渉チェックシミュレーションを行う（Ｓ３）。例えば、ステップＳ３において、シミュレーション演算部１４は、３次元形状情報を用いて、初期経路が部品、治具及び被加工物のいずれかと交差するか否かを計算するための交差計算を行うことにより、干渉チェックシミュレーションを行う。

経路演算部１２は、シミュレーション演算部１４によって行われた干渉チェックシミュレーションの結果をもとに、生成した移動経路の修正が必要か否かを判定する（Ｓ４）。経路演算部１２は、生成した移動経路の修正が必要であると判定した場合（Ｓ４でＹｅｓ）、生成した移動経路である初期経路を修正して修正後の移動経路を生成する（Ｓ５）。

ステップＳ５が行われた後、数値制御装置１の動作はステップＳ３に移行する。ステップＳ５が行われた後のステップＳ３において、シミュレーション演算部１４は、上記の３次元形状情報をもとに、工作機械２に取り付けられた工具が経路演算部１２によって修正された移動経路を移動する場合、部品、治具、被加工物及び工具のうちのいずれかが部品、治具、被加工物及び工具のうちの他のいずれかと干渉するか否かを判定するための干渉チェックシミュレーションを行う。

ステップＳ５の動作が行われかつステップＳ３の動作が行われた後、経路演算部１２は、シミュレーション演算部１４によって行われた干渉チェックシミュレーションの結果をもとに、修正後の移動経路の修正が必要か否かを判定する（Ｓ４）。

経路演算部１２は、修正後の移動経路の修正が必要であると判定した場合（Ｓ４でＹｅｓ）、修正後の移動経路を修正する（Ｓ５）。ステップＳ５が行われた後、数値制御装置１の動作はステップＳ３に移行し、上述のステップＳ３及びステップＳ４の各動作が行われる。

経路演算部１２によって移動経路の修正は必要でないと判定された場合（Ｓ４でＮｏ）、数値制御部１５は、経路演算部１２によって生成された初期経路又は修正後の移動経路をもとにプログラムを生成する（Ｓ６）。具体的には、経路演算部１２によって生成された移動経路の修正は必要でないと判定された場合、数値制御部１５は初期経路をもとにプログラムを生成する（Ｓ６）。経路演算部１２によって修正後の移動経路の修正は必要でないと判定された場合、数値制御部１５は修正後の移動経路をもとにプログラムを生成する（Ｓ６）。

図３は、実施の形態にかかる数値制御装置１が有する経路演算部１２が生成する初期経路５１と修正後の移動経路５２との一例を模式化して示す図である。初期経路５１は、工具４１の移動の始点２１と終点２２とを直線で結ぶ工具４１の移動経路である。図３の例では、工具４１が初期経路５１を移動する場合、工具４１は被加工物４２と干渉する。

工具４１が被加工物４２と干渉するので、経路演算部１２は、生成した初期経路５１を修正して、工具４１が移動するときに部品４３、治具、被加工物４２及び工具４１が相互に干渉しない修正後の移動経路５２を生成する。具体的には、経路演算部１２は、工具４１が被加工物４２の外部を移動する経路である修正後の移動経路５２を生成する。その結果、数値制御部１５が工作機械２を制御する場合、工具４１は、部品４３、治具、被加工物４２及び工具４１が相互に干渉しない状態を保って移動することができる。図３には、治具は示されていない。

図４は、実施の形態にかかる数値制御装置１が有する経路演算部１２の構成を示す図である。図４には、入力部１１、表示部１３、シミュレーション演算部１４、数値制御部１５及び入力装置３も示されている。経路演算部１２は、入力部１１が受け付けた第１情報が示す始点と終点とをもとに初期経路を生成する初期経路生成部６１と、初期経路を示す情報を記憶する記憶部６２とを有する。記憶部６２を構成するひとつの要素の例は、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）である。

経路演算部１２は、シミュレーション演算部１４によって行われた干渉チェックシミュレーションの結果をもとに、移動経路の修正が必要か否かを判定する判定部６３を更に有する。記憶部６２は、判定部６３によって行われた判定の結果を示す情報も記憶する。

経路演算部１２は、工具の移動経路を修正して修正後の移動経路を生成する修正部６４を更に有する。記憶部６２は、修正後の移動経路を示す情報も記憶する。修正部６４は、工具の移動方向を修正する移動方向修正部６５と、移動方向修正部６５によって修正された方向への工具の移動量を計算する移動量計算部６６とを有する。

次に、経路演算部１２の動作を説明する。初期経路生成部６１は、入力部１１が受け付けた第１情報が示す始点と終点とをもとに、あらかじめ設定されたアルゴリズムにしたがって始点と終点とを結ぶ初期経路を生成する。例えば、あらかじめ設定されたアルゴリズムが始点と終点とを最短距離で結ぶ方法であれば、初期経路生成部６１は、始点と終点とを直線で結ぶと共に当該直線に沿って始点から終点への向きに工具を移動させる初期経路を生成する。初期経路生成部６１は、生成した初期経路を示す情報を記憶部６２に出力し、記憶部６２は初期経路を示す情報を記憶する。

記憶部６２は、初期経路を示す情報をシミュレーション演算部１４に出力する。シミュレーション演算部１４は、工具が初期経路を移動する場合、部品、治具、被加工物及び工具のうちのいずれかが部品、治具、被加工物及び工具のうちの他のいずれかと干渉するか否かを判定するための干渉チェックシミュレーションを行う。

シミュレーション演算部１４は、部品、治具、被加工物及び工具のうちのいずれかが部品、治具、被加工物及び工具のうちの他のいずれかと干渉する場合、干渉が生じる箇所を示す情報を干渉チェックシミュレーションの結果に含めて判定部６３に出力する。シミュレーション演算部１４は、干渉が生じる場合、部品、治具、被加工物及び工具のうちの干渉する二つの要素の組み合わせを示す情報も干渉チェックシミュレーションの結果に含めて判定部６３に出力する。

シミュレーション演算部１４は、部品、治具、被加工物及び工具が互いに干渉しない場合、干渉が生じないことを示す情報を干渉チェックシミュレーションの結果に含めて判定部６３に出力する。

判定部６３は、シミュレーション演算部１４によって行われた干渉チェックシミュレーションの結果をもとに、初期経路を修正する必要があるか否かを判定する。判定部６３は、干渉が生じることから初期経路を修正する必要があると判定した場合、初期経路を修正させるための修正コマンドを修正部６４に出力する。判定部６３は、初期経路を修正する必要はないと判定した場合、修正コマンドを修正部６４に出力しない。

判定部６３は、初期経路を示す情報と初期経路を修正する必要があるか否かを示す情報とを関連付けて記憶部６２に出力する。記憶部６２は、初期経路を示す情報と初期経路を修正する必要があるか否かを示す情報とを関連付けて記憶する。加えて、記憶部６２は、初期経路を示す情報と初期経路を修正する必要があるか否かを示す情報とを関連付けて表示部１３に出力する。表示部１３は、初期経路を示す情報と初期経路を修正する必要があるか否かを示す情報とを関連付けて表示する。これにより、表示部１３は、作業者が入力した第１情報が示す始点と終点とを結ぶ初期経路を示す情報と、初期経路において干渉が生じるか否かを示す情報とを可視化して作業者に提示することができる。

修正部６４は、修正コマンドを受け取ると、初期経路を修正することによって修正後の移動経路を生成する。修正部６４は、修正後の移動経路を示す情報を記憶部６２に出力し、記憶部６２は修正後の移動経路を示す情報を記憶する。記憶部６２は、修正後の移動経路を示す情報をシミュレーション演算部１４に出力する。シミュレーション演算部１４は、工具が修正後の移動経路を移動する場合、部品、治具、被加工物及び工具のうちのいずれかが部品、治具、被加工物及び工具のうちの他のいずれかと干渉するか否かを判定するための干渉チェックシミュレーションを行う。

判定部６３は、シミュレーション演算部１４によって行われた干渉チェックシミュレーションの結果をもとに、修正後の移動経路を修正する必要があるか否かを判定する。判定部６３は、干渉が生じることから修正後の移動経路を修正する必要があると判定した場合、修正後の移動経路を修正させるための修正コマンドを修正部６４に出力する。判定部６３は、干渉が生じない場合、つまり修正後の移動経路を修正する必要はないと判定した場合、修正コマンドを修正部６４に出力しない。

判定部６３は、修正後の移動経路を示す情報と修正後の移動経路を修正する必要があるか否かを示す情報とを関連付けて記憶部６２に出力する。記憶部６２は、修正後の移動経路を示す情報と修正後の移動経路を修正する必要があるか否かを示す情報とを関連付けて記憶する。記憶部６２は、修正後の移動経路を示す情報と修正後の移動経路を修正する必要があるか否かを示す情報とを関連付けて表示部１３に出力する。表示部１３は、修正後の移動経路を示す情報と修正後の移動経路を修正する必要があるか否かを示す情報とを関連付けて表示する。これにより、表示部１３は、修正後の移動経路を示す情報と修正後の移動経路において干渉が生じるか否かを示す情報とを可視化して作業者に提示することができる。

修正部６４は、修正コマンドを受け取ると、修正後の移動経路を修正して新たな修正後の移動経路を生成する。修正部６４は、新たな修正後の移動経路を示す情報を記憶部６２に出力し、記憶部６２は新たな修正後の移動経路を示す情報を記憶する。新たな修正後の移動経路についても、最初の修正後の移動経路について行われた処理が実行される。

図５は、実施の形態にかかる数値制御装置１が有する経路演算部１２が修正後の移動経路５２を生成する方法の一例を説明するための図である。シミュレーション演算部１４が行う干渉チェックシミュレーションでは、部品、治具、被加工物及び工具のうちのいずれかが部品、治具、被加工物及び工具のうちの他のいずれかと干渉するか否かを判定するために、干渉判定距離δが設定される。干渉判定距離δは、工具が移動経路を移動する場合、部品、治具、被加工物及び工具のうちのいずれか二つの要素が接近するときに当該二つの要素が干渉することを回避するために設定された距離である。

工具が移動経路を移動する場合、部品、治具、被加工物及び工具のうちのいずれかと部品、治具、被加工物及び工具のうちの他のいずれかとの距離が干渉判定距離δ以内である場合、干渉が生じると判定される。干渉が生じると判定されたときの工具の位置が干渉前工具位置２３であって、工具と干渉すると判定される被加工物４２の表面が干渉判定面２４であると仮定する。この場合、干渉前工具位置２３と干渉判定面２４との距離は干渉判定距離δである。

図５の初期経路５１では、工具は干渉前工具位置２３から終点２２に向かう直線を移動する。このとき、工具の移動方向と移動距離とを表すベクトルがベクトルＶ_ｎであり、干渉前工具位置２３の座標が（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）であって、終点２２の座標が（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）であると仮定すると、ベクトルＶ_ｎは下記の式（１）によって表すことができる。

工具が干渉前工具位置２３から終点２２に向かって移動すると、工具は干渉判定面２４において被加工物４２と干渉する。つまり、工具は干渉判定面２４において被加工物４２と衝突する。そのため、初期経路５１は、修正されなければならない。経路演算部１２の移動方向修正部６５は、工具を干渉前工具位置２３よりも干渉判定面２４に接近させないように、下記の式（２）で表されるベクトルＶ_ｍを計算する。ベクトルＶ_ｍは、工具を干渉判定面２４に接近させないようにするための工具の移動の向きを特定するベクトルである。

経路演算部１２の移動量計算部６６は、工具と干渉判定面２４との干渉を回避するために必要な工具の移動量である回避移動量Ｄを以下の通り算出する。工具を干渉前工具位置２３からベクトルＶ_ｍの向きにあらかじめ設定された単位移動量Δだけ移動させた場合の工具の位置を、点Ａと仮定する。点Ａと終点２２とを結ぶ直線が修正経路候補５３であると仮定した場合、移動量計算部６６は修正経路候補５３が干渉判定面２４と交差するか否かを判定する。

移動量計算部６６は、修正経路候補５３が干渉判定面２４と交差すると判定した場合、工具を干渉前工具位置２３からベクトルＶ_ｍの向きに単位移動量Δだけ更に移動させたときの工具の位置を新たな点Ａと仮定する。移動量計算部６６は、新たな点Ａと終点２２とを結ぶ直線が新たな修正経路候補５３であると仮定し、新たな修正経路候補５３が干渉判定面２４と交差するか否かを判定する。

移動量計算部６６は、修正経路候補５３が干渉判定面２４と交差すると判定した場合、工具を干渉前工具位置２３からベクトルＶ_ｍの向きに単位移動量Δだけ更に移動させる。移動量計算部６６は、工具を干渉前工具位置２３からベクトルＶ_ｍの向きに単位移動量Δの３倍移動させたときの工具の位置を新たな点Ａと仮定する。移動量計算部６６は、新たな点Ａと終点２２とを結ぶ直線が新たな修正経路候補５３であると仮定し、新たな修正経路候補５３が干渉判定面２４と交差するか否かを判定する。

移動量計算部６６は、修正経路候補５３が干渉判定面２４と交差しなくなるまで、工具を干渉前工具位置２３からベクトルＶ_ｍの向きに単位移動量Δづつ更に移動させて修正経路候補５３が干渉判定面２４と交差するか否かを判定する上述の動作を繰り返す。移動量計算部６６は、修正経路候補５３が干渉判定面２４と交差しなくなったときの位置であって干渉前工具位置２３から単位移動量Δの自然数倍だけ離れた位置と干渉前工具位置２３との距離を回避移動量Ｄと算出する。移動量計算部６６は、干渉前工具位置２３からベクトルＶ_ｍの向きに回避移動量Ｄ離れた位置を回避点２５であると決定する。

移動量計算部６６は、干渉前工具位置２３から回避点２５までの直線と回避点２５から終点２２までの直線との組合せを修正後の移動経路５２とする。移動量計算部６６は、修正後の移動経路５２を示す情報を記憶部６２に出力する。記憶部６２は、移動量計算部６６からの修正後の移動経路５２を示す情報をシミュレーション演算部１４に出力する。シミュレーション演算部１４は、修正後の移動経路５２について干渉チェックシミュレーションを行う。

このように、修正後の移動経路５２の生成と干渉チェックシミュレーションの実行とが繰り返されることにより、部品、治具、被加工物及び工具が互いに干渉しない工具の移動経路が生成される。すなわち、工具が初期経路を移動するときに部品、治具、被加工物及び工具のうちのいずれか二つの要素の距離が、当該二つの要素が干渉することを回避するために設定された干渉判定距離δ以内になる場合、経路演算部１２は、複数の直線の経路を結合させることによって初期経路を修正する。更に言うと、経路演算部１２は、複数の直線の経路を結合させることによって初期経路を修正し、折れ線の状態の移動経路を生成する。折れ線の状態の移動経路は、工具が当該折れ線の状態の移動経路を移動する場合、部品、治具、被加工物及び工具が互いに干渉しない移動経路である。

経路演算部１２は、ベクトルＶ_ｎと干渉判定面２４の法線ベクトルｅとが平行であるためにベクトルＶ_ｍがゼロベクトルになる場合、あらかじめ決められた向きを修正後の工具の移動の向きであると決定して修正経路候補５３を導出することができる。あらかじめ決められた向きの一例は、Ｘ軸の正の向き又はＺ軸の正の向きである。

経路演算部１２は、上記の修正経路候補５３の生成と干渉チェックシミュレーションの実行とを繰り返した結果、あらかじめ決められた移動量の上限だけベクトルＶ_ｍの向きに工具を移動させても修正経路候補５３において、部品、治具、被加工物４２及び工具のうちのいずれかが部品、治具、被加工物４２及び工具のうちの他のいずれかと干渉する場合、ベクトルＶ_ｍの向きを修正することによって新たな修正経路候補５３を導出することができる。修正後のベクトルＶ_ｍの向きの一例は、Ｘ軸の正の向き又はＺ軸の正の向きである。

作業者が始点及び終点に加えて始点と終点との間の経由点を示す第２情報を入力した場合、入力部１１は第２情報を受け付ける。経路演算部１２は、始点と経由点とを結ぶ第１移動経路と、経由点と終点とを結ぶ第２移動経路とを結合することによって移動経路を生成する。第１移動経路と第２移動経路との一方又は双方について干渉が生じる場合、経路演算部１２は、第１移動経路と第２移動経路とを結合することによって移動経路を生成した後に、第１移動経路と第２移動経路との一方又は双方を、工具が移動するときに部品、治具、被加工物及び工具が相互に干渉しない移動経路に修正する。

経路演算部１２は、第１移動経路及び第２移動経路が修正された場合、第１移動経路及び第２移動経路について修正された後の移動経路を結合することによって生成した移動経路を修正する。経路演算部１２は、第１移動経路のみが修正された場合、第１移動経路について修正された後の移動経路と第２移動経路とを結合することによって生成した移動経路を修正する。経路演算部１２は、第２移動経路のみが修正された場合、第１移動経路と第２移動経路について修正された後の移動経路とを結合することによって生成した移動経路を修正する。

作業者が始点及び終点に加えて始点及び終点における工具の姿勢を示す第３情報を入力した場合、入力部１１は第３情報を受け付ける。経路演算部１２は、入力部１１が受け付けた第３情報が示す姿勢をもとに始点と終点との間における工具の姿勢の変化を特定し、特定した姿勢の変化も考慮して移動経路の生成及び修正を行う。具体的には、経路演算部１２は、始点における工具を回転させて始点における工具の姿勢を終点における工具の姿勢に一致させた後に、図２のフローチャートにしたがって工具の移動経路の生成又は修正を行う。

上述の通り、実施の形態にかかる数値制御装置１は、工作機械２が用いる工具の移動の始点と終点とを結ぶことによって生成された工具の移動経路を工具が移動する場合、部品、治具、被加工物及び工具のうちのいずれかが部品、治具、被加工物及び工具のうちの他のいずれかと干渉するか否かを判定するための干渉チェックシミュレーションを行う。数値制御装置１は、干渉チェックシミュレーションの結果、部品、治具、被加工物及び工具のうちのいずれかが部品、治具、被加工物及び工具のうちの他のいずれかと干渉する場合、生成した移動経路を、工具が移動するときに部品、治具、被加工物及び工具が相互に干渉しない移動経路に修正する。すなわち、数値制御装置１は、部品、治具、被加工物及び工具が相互に干渉しない工具の移動経路を生成することができる。

加えて、数値制御装置１は、表示部１３により、部品、治具、被加工物及び工具が相互に干渉しない移動経路を示す情報を表示する。すなわち、数値制御装置１は、部品、治具、被加工物及び工具が相互に干渉しない移動経路を示す情報を可視化して作業者に提示することができる。

さらに、数値制御装置１は、作業者が始点及び終点に加えて移動経路の経由点を示す第２情報を入力した場合、工具が経由点を通る移動経路を生成することができると共に、生成した移動経路を修正して工具に経由点を通らせることができる。

さらにまた、数値制御装置１は、作業者が始点及び終点に加えて始点及び終点における工具の姿勢を示す第３情報を入力した場合、始点と終点との間における工具の姿勢の変化も考慮して移動経路の生成及び修正を行うことができる。

図６は、実施の形態にかかる数値制御装置１が有する入力部１１、経路演算部１２、シミュレーション演算部１４及び数値制御部１５の少なくとも一部の機能がプロセッサ７１によって実現される場合のプロセッサ７１を示す図である。つまり、入力部１１、経路演算部１２、シミュレーション演算部１４及び数値制御部１５の少なくとも一部の機能は、メモリ７２に格納されるプログラムを実行するプロセッサ７１によって実現されてもよい。プロセッサ７１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、又はＤＳＰ（Digital Signal Processor）である。図６には、メモリ７２も示されている。

入力部１１、経路演算部１２、シミュレーション演算部１４及び数値制御部１５の少なくとも一部の機能がプロセッサ７１によって実現される場合、当該一部の機能は、プロセッサ７１と、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェア又はファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ７２に格納される。プロセッサ７１は、メモリ７２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、入力部１１、経路演算部１２、シミュレーション演算部１４及び数値制御部１５の少なくとも一部の機能を実現する。

すなわち、入力部１１、経路演算部１２、シミュレーション演算部１４及び数値制御部１５の少なくとも一部の機能がプロセッサ７１によって実現される場合、数値制御装置１は、入力部１１、経路演算部１２、シミュレーション演算部１４及び数値制御部１５の一部によって実行されるステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ７２を有する。メモリ７２に格納されるプログラムは、入力部１１、経路演算部１２、シミュレーション演算部１４及び数値制御部１５の一部が実行する手順又は方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。

メモリ７２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性もしくは揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク又はＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等である。

図７は、実施の形態にかかる数値制御装置１が有する入力部１１、経路演算部１２、シミュレーション演算部１４及び数値制御部１５を構成する少なくとも一部の構成要素が処理回路７３によって実現される場合の処理回路７３を示す図である。つまり、入力部１１、経路演算部１２、シミュレーション演算部１４及び数値制御部１５の機能の少なくとも一部は、処理回路７３によって実現されてもよい。

処理回路７３は、専用のハードウェアである。処理回路７３は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化されたプロセッサ、並列プログラム化されたプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、又はこれらを組み合わせたものである。入力部１１、経路演算部１２、シミュレーション演算部１４及び数値制御部１５の一部は、残部とは別個の専用のハードウェアであってもよい。

入力部１１、経路演算部１２、シミュレーション演算部１４及び数値制御部１５の複数の機能について、当該複数の機能の一部がソフトウェア又はファームウェアで実現され、当該複数の機能の残部が専用のハードウェアで実現されてもよい。このように、入力部１１、経路演算部１２、シミュレーション演算部１４及び数値制御部１５の複数の機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせによって実現することができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略又は変更することも可能である。

１数値制御装置、２工作機械、３入力装置、１１入力部、１２経路演算部、１３表示部、１４シミュレーション演算部、１５数値制御部、６１初期経路生成部、６２記憶部、６３判定部、６４修正部、６５移動方向修正部、６６移動量計算部、７１プロセッサ、７２メモリ、７３処理回路。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、被加工物を加工する工作機械を制御する数値制御装置であって、前記工作機械が用いる工具の移動の始点及び終点を示す情報を受け付ける入力部と、前記始点と前記終点とを結ぶ前記工具の移動経路を生成する経路演算部と、前記工具が前記経路演算部によって生成された前記移動経路を移動する場合、前記工作機械の動作に関連する部品、治具、前記被加工物及び前記工具の間で干渉が生じるか否かを判定するための干渉チェックシミュレーションを行うシミュレーション演算部と、前記工作機械を制御するためのプログラムを前記移動経路をもとに生成する数値制御部とを有する。前記経路演算部は、前記シミュレーション演算部によって行われた前記干渉チェックシミュレーションの結果をもとに前記移動経路の修正が必要か否かを判定し、前記移動経路の修正が必要と判定した場合、前記移動経路を、前記工具が移動するときに前記部品、前記治具、前記被加工物及び前記工具が相互に干渉しない移動経路に修正する。前記入力部は、前記始点及び前記終点における前記工具の姿勢を示す第３情報を受け付け、前記経路演算部は、前記入力部が受け付けた前記第３情報が示す前記姿勢をもとに前記始点と前記終点との間における前記工具の姿勢の変化を特定し、特定した前記姿勢の変化も考慮して前記移動経路の生成及び修正を行う。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、被加工物を加工する工作機械を制御する数値制御装置であって、前記工作機械が用いる工具の移動の始点及び終点を示す情報を受け付ける入力部と、前記始点と前記終点とを結ぶ前記工具の移動経路を生成する経路演算部と、前記工具が前記経路演算部によって生成された前記移動経路を移動する場合、前記工作機械の動作に関連する部品、治具、前記被加工物及び前記工具の間で干渉が生じるか否かを判定するための干渉チェックシミュレーションを行うシミュレーション演算部と、前記工作機械を制御するためのプログラムを前記移動経路をもとに生成する数値制御部とを有する。前記経路演算部は、前記シミュレーション演算部によって行われた前記干渉チェックシミュレーションの結果をもとに前記移動経路の修正が必要か否かを判定し、前記移動経路の修正が必要と判定した場合、前記移動経路を、前記工具が移動するときに前記部品、前記治具、前記被加工物及び前記工具が相互に干渉しない移動経路であって複数の直線の経路を結合させることによって生成される折れ線の状態の移動経路に修正する。

Claims

被加工物を加工する工作機械を制御する数値制御装置であって、
前記工作機械が用いる工具の移動の始点及び終点を示す情報を受け付ける入力部と、
前記始点と前記終点とを結ぶ前記工具の移動経路を生成する経路演算部と、
前記工具が前記経路演算部によって生成された前記移動経路を移動する場合、前記工作機械の動作に関連する部品、治具、前記被加工物及び前記工具の間で干渉が生じるか否かを判定するための干渉チェックシミュレーションを行うシミュレーション演算部と、
前記工作機械を制御するためのプログラムを前記移動経路をもとに生成する数値制御部とを備え、
前記経路演算部は、前記シミュレーション演算部によって行われた前記干渉チェックシミュレーションの結果をもとに前記移動経路の修正が必要か否かを判定し、前記移動経路の修正が必要と判定した場合、前記移動経路を、前記工具が移動するときに前記部品、前記治具、前記被加工物及び前記工具が相互に干渉しない移動経路に修正する
ことを特徴とする数値制御装置。
前記部品、前記治具、前記被加工物及び前記工具が相互に干渉しない移動経路を示す情報を表示する表示部を更に備える
ことを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
前記入力部は、前記始点と前記終点との間の経由点を示す第２情報を受け付け、
前記経路演算部は、
前記始点と前記入力部が受け付けた前記第２情報が示す前記経由点とを結ぶ第１移動経路と、前記経由点と前記終点とを結ぶ第２移動経路とを結合することによって移動経路を生成し、又は、
前記第１移動経路と前記第２移動経路とを結合することによって前記移動経路を生成した後に、前記第１移動経路と前記第２移動経路との一方又は双方を、前記工具が移動するときに前記部品、前記治具、前記被加工物及び前記工具が相互に干渉しない移動経路に修正し、前記第１移動経路及び前記第２移動経路が修正された場合、前記第１移動経路及び前記第２移動経路について修正された後の移動経路を結合することによって生成した前記移動経路を修正し、前記第１移動経路のみが修正された場合、前記第１移動経路について修正された後の移動経路と前記第２移動経路とを結合することによって生成した前記移動経路を修正し、前記第２移動経路のみが修正された場合、前記第１移動経路と前記第２移動経路について修正された後の移動経路とを結合することによって生成した前記移動経路を修正する
ことを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
前記入力部は、前記始点及び前記終点における前記工具の姿勢を示す第３情報を受け付け、
前記経路演算部は、前記入力部が受け付けた前記第３情報が示す前記姿勢をもとに前記始点と前記終点との間における前記工具の姿勢の変化を特定し、特定した前記姿勢の変化も考慮して前記移動経路の生成及び修正を行う
ことを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。