WO2025041213A1 - 経路変更装置、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体 - Google Patents

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    • G05B19/41—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form characterised by interpolation, e.g. the computation of intermediate points between programmed end points to define the path to be followed and the rate of travel along that path
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    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/34—Director, elements to supervisory
    • G05B2219/34098—Slope fitting, fairing contour, curve fitting, transition
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/34—Director, elements to supervisory
    • G05B2219/34175—Overlap, between two blocks, continuous, smooth speed change, movement

Definitions

  • Machine tool machining programs are made by combining straight line commands and circular arc commands, and the connections between them are generally discontinuous.
  • the command path is smoothed with a filter or curved with a spline curve (for example, Patent Document 1).
  • the path change device disclosed herein solves the above problem by determining the curvature tolerance or curvature range for paths related to two consecutive movement commands, depending on at least one of the radius of curvature or the difference in curvature, the connection angle, and the distance between the arc center positions.
  • An aspect of the present disclosure is a path changing device that includes a program analysis unit that sequentially reads blocks from a control program and analyzes commands using the blocks; a curved path determination unit that detects, when two consecutive movement commands include a circular arc command, a reference value related to curving, including at least one of the difference in curvature or radius of curvature, the difference in angle between the direction of travel or the normal direction, and the distance between the center positions of the circular arc, in each of the movement commands, and determines whether or not curving is required at the connection portion of the path related to the movement command based on the reference value; and a curved path processing unit that determines, for a path that requires curving, a curved path parameter including at least one of a tolerance, which is the maximum deviation of the path before and after curving, and a range of curving, based on the reference value related to curving, and curves the path based on the determined curved path parameter, and the curved path parameter determined by the curved path processing unit is the same value
  • FIG. 13 is a schematic hardware configuration diagram of a route changing device according to a first embodiment; 1 is a block diagram showing schematic functions of a route changing device according to a first embodiment; FIG. 13 is a schematic diagram illustrating two connected arc paths; FIG. 13 is a schematic diagram showing another example of two connected arc paths; FIG. 13 is a schematic diagram showing another example of two connected arc paths. FIG. 13 is a schematic diagram showing another example of two connected arc paths. FIG. 13 is a schematic diagram showing another example of two connected arc paths. FIG. 13 is a schematic diagram showing another example of two connected arc paths. FIG. 13 is a table illustrating the relationship between differences in curvature radius and tolerance. FIG. 11 is a table illustrating the relationship between different connection angles and tolerances.
  • FIG. 13 is a table illustrating an example of the relationship between the distance of the center position of an arc of a path and the tolerance.
  • FIG. 13 is a table illustrating the relationship between different radii of curvature and curved ranges.
  • FIG. 13 is a table illustrating the relationship between different connection angles and curved ranges.
  • 13 is a table illustrating an example of the relationship between the distance of the arc center position of the path and the curved line range.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the relationship between the tolerance and the curvilinear range and a continuous path; 11A and 11B are schematic diagrams illustrating the process of enlarging/reducing a curved route.
  • FIG. 11 is a block diagram showing schematic functions of a route changing device according to another embodiment.
  • based on XX means “based on at least XX,” and includes cases where it is based on other elements in addition to XX. Furthermore, “based on XX” is not limited to cases where XX is used directly, but also includes cases where it is based on XX that has been calculated or processed. "XX” is any element (for example, any information).
  • FIG. 1 is a schematic hardware configuration diagram showing a main part of a path changing device according to an embodiment of the present disclosure.
  • the functions of the path changing device 1 of the present disclosure can be implemented on a control device that controls an industrial machine such as a machine tool or a robot equipped with a moving object that moves when driven by a motor.
  • the functions can be implemented on a computer such as a personal computer attached to the control device, a personal computer connected to the control device via a wired/wireless network, a cell computer, a fog computer 6, or a cloud server 7.
  • the path changing device 1 in which each function is implemented on a control device that controls a machine tool that processes a workpiece by controlling the relative position between a tool and a workpiece will be described as an example.
  • the CPU 11 provided in the route changing device 1 of the present disclosure is a processor that controls the route changing device 1 as a whole.
  • the CPU 11 reads the system program stored in the ROM 12 via the bus 22, and controls the route changing device 1 as a whole in accordance with the system program.
  • the RAM 13 temporarily stores temporary calculation data, display data, various data input from outside, etc.
  • the non-volatile memory 14 is composed of, for example, a memory backed up by a battery (not shown) or an SSD (Solid State Drive), and retains its memory state even when the power to the route change device 1 is turned off.
  • the non-volatile memory 14 stores control programs and data read from the external device 72 via the interface 15, data and control programs input via the input device 71, and various data acquired from the industrial machine 3.
  • the control programs and data stored in the non-volatile memory 14 may be expanded in the RAM 13 when executed/used.
  • various system programs such as well-known analysis programs are written in advance in the ROM 12.
  • the interface 15 is an interface for connecting the CPU 11 of the path change device 1 to an external device 72 such as a USB memory, a compact flash (registered trademark), or an SD card.
  • an external device 72 such as a USB memory, a compact flash (registered trademark), or an SD card.
  • control programs and various data used to control the industrial machine 3 can be read from the external device 72.
  • the control programs and various data edited in the path change device 1 can be stored in the external device 72.
  • the PLC (Programmable Logic Controller) 16 outputs signals to the industrial machine 3 and its peripheral devices (for example, tool changers, actuators such as robots, sensors attached to the industrial machine 3, etc.) via the I/O unit 17 and controls them using a sequence program built into the path change device 1.
  • the PLC 16 also receives signals from various switches on an operation panel installed on the main body of the industrial machine 3 and from peripheral devices, etc., and passes them to the CPU 11 after performing the necessary signal processing.
  • Display device 70 displays various data loaded into memory, data obtained as a result of executing control programs and system programs, etc., output via interface 18.
  • input device 71 which is composed of a keyboard, pointing device, etc., passes commands and data based on operations by the operator to CPU 11 via interface 19.
  • the interface 20 is an interface for connecting the CPU 11 of the path change device 1 to a wired or wireless network 5.
  • the network 5 may communicate using technologies such as serial communication such as RS-485, Ethernet (registered trademark), optical communication, wireless LAN, Wi-Fi (registered trademark), Bluetooth (registered trademark), etc.
  • the network 5 is connected to other industrial machines 4, fog computers 6, cloud servers 7, etc., and exchanges data with the path change device 1.
  • the axis control circuit 30 for controlling the drive axis of the industrial machine 3 receives a drive axis position command from the CPU 11 and outputs a command for the drive axis to the servo amplifier 40.
  • the servo amplifier 40 receives this command and drives the servo motor 50, which is the drive axis, to move each part of the industrial machine 3 along each axis.
  • Each servo motor 50 has a built-in position detector, and feeds back a position feedback signal from this position detector to the axis control circuit 30.
  • the axis control circuit 30 performs feedback control of the servo motor 50 based on this position feedback signal. Note that in the hardware configuration diagram of FIG.
  • axis control circuit 30, servo amplifier 40, and servo motor 50 are shown, but in reality, there are as many as the number of axes of the industrial machine 3 to be controlled.
  • three sets of axis control circuits 30, servo amplifiers 40, and servo motors 50 are prepared to relatively move the spindle to which the tool is attached and the workpiece in the directions of the three linear axes (X-axis, Y-axis, and Z-axis).
  • the spindle control circuit 60 receives a spindle rotation command and outputs a spindle speed signal to the spindle amplifier 61.
  • the spindle amplifier 61 receives this spindle speed signal and rotates the spindle motor 62 of the industrial machine 3 at the commanded rotation speed to drive the spindle.
  • a position coder 63 is connected to the spindle motor 62.
  • the position coder 63 outputs a feedback pulse in synchronization with the rotation of the spindle, and the feedback pulse is read by the CPU 11.
  • FIG. 2 is a schematic block diagram showing the functions of the route changing device 1 according to the first embodiment of the present disclosure.
  • Each function of the route changing device 1 according to this embodiment is realized by the CPU 11 of the route changing device 1 shown in FIG. 1 executing a system program and controlling the operation of each part of the route changing device 1.
  • the path change device 1 of this embodiment includes a program analysis unit 100, a curve formation determination unit 110, a curve formation processing unit 120, an interpolation unit 130, an acceleration/deceleration unit 140, and a servo control unit 150.
  • the RAM 13 to the non-volatile memory 14 of the path change device 1 store a control program 200 for controlling the industrial machine 3.
  • the program analysis unit 100 sequentially reads out blocks of the control program 200 and analyzes the read out blocks. Then, based on the analysis results, it creates a movement command related to a path for moving the drive unit equipped in the industrial machine 3. This path is, for example, a connection of multiple straight paths and multiple curved paths that take into account offset values such as tool diameter compensation.
  • the program analysis unit 100 outputs the created movement command to the curved line determination unit 110.
  • the curved line determination unit 110 determines whether to curve the paths related to two consecutive movement commands created by the program analysis unit 100.
  • the curved line determination unit 110 detects at least one of the following as a reference value for curving: the difference in the curvature or radius of curvature of the path before and after the connection point of the paths related to each movement command, the difference in the angle of the path's progression direction or normal direction, and the distance to the center position of the circular arc of the path. Then, based on the reference value for curving, it determines whether or not to curve the paths at the connection point.
  • the curved line determination unit 110 outputs the detected reference value and the determination result of whether or not to curve to the curved line processing unit 120.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating two connected arc paths.
  • an arc path C i connecting points P i and P i+1 and an arc path C i+1 connecting points P i+1 and P i+2 are connected with point P i+1 as a connection point.
  • the radius of curvature R i of the arc path C i is the same as the radius of curvature R i +1 of the arc path C i +1 .
  • the direction of travel of the arc path C i just before point P i+1 which is the connection point, is the same as the direction of travel of the arc path C i +1 just after point P i+1 (connection angle ⁇ i is 0°).
  • the curving judgment unit 110 may determine that curving is not necessary for the connection portion of point P i+1 .
  • the curving judgment unit 110 may determine that curving processing is to be performed using predetermined curving parameters.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing another example of two connected arc paths.
  • an arc path C i connecting points P i and P i+1 and an arc path C i + 1 connecting points P i+1 and P i+2 are connected with point P i+1 as a connection part.
  • the radius of curvature R i of the arc path C i is smaller than the radius of curvature R i +1 of the arc path C i +1.
  • the direction of travel of the arc path C i just before point P i+1 which is the connection part, is the same as the direction of travel of the arc path C i+1 just after point P i+1 (connection angle ⁇ i is 0°).
  • the distance d i between the center position of the arc path C i and the center position of the arc path C i+1 is greater than 0. This indicates that although the arc path C i and the arc path C i+1 are smoothly connected, a sudden change in curvature occurs. In such a case, the curved line forming determination unit 110 determines that the connection part of point P i+1 needs to be curved.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing another example of two connected arc paths.
  • an arc path C i connecting points P i and P i+1 and an arc path C i + 1 connecting points P i+1 and P i+2 are connected with point P i+1 as a connection part.
  • the radius of curvature R i of the arc path C i is the same as the radius of curvature R i +1 of the arc path C i+ 1.
  • the direction of travel of the arc path C i just before point P i+1 which is the connection part, is different from the direction of travel of the arc path C i +1 just after point P i+1 (the connection angle ⁇ i is 0° or more).
  • the distance d i between the center position of the arc path C i and the center position of the arc path C i +1 is greater than 0. This indicates that although there is no sudden change in curvature between the arc path C i and the arc path C i+1 , they are not smoothly connected at the connection point. In such a case, the curved line determination unit 110 determines that the connection part of point P i+1 needs to be curved.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing another example of two connected arc paths.
  • an arc path C i connecting points P i and P i+1 and an arc path C i + 1 connecting points P i+1 and P i+2 are connected with point P i+1 as a connection part.
  • the radius of curvature R i of the arc path C i is smaller than the radius of curvature R i +1 of the arc path C i +1.
  • the direction of travel of the arc path C i just before point P i+1 which is the connection part, is different from the direction of travel of the arc path C i+1 just after point P i+1 (the connection angle ⁇ i is 0° or more).
  • the distance d i between the center position of the arc path C i and the center position of the arc path C i+1 is greater than 0. This indicates that the arc path C i and the arc path C i+1 are not smoothly connected and that a sudden change in curvature also occurs. In such a case, the curved line forming determination unit 110 determines that the connection part of point P i+1 needs to be curved.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing another example of two connected arc paths.
  • an arc path C i connecting points P i and P i+1 and an arc path C i+1 connecting points P i + 1 and P i+2 are connected with point P i+1 as a connection part.
  • the center position of the arc path C i and the center position of the arc path C i+1 are located on opposite sides of the path. In such a case, the distance d i between the arc center positions of the path becomes a very large value and cannot be used as a reference value for curving with the same criterion. Therefore, the curved path determining unit 110 may determine that curving is to be performed without imposing a limit on the tolerance.
  • the curved line processing unit 120 performs a curved line processing on two consecutive paths that require curved line processing.
  • the curved line processing may use known techniques such as a smoothing filter or a spline curve.
  • the curved line processing unit 120 determines curved line parameters including at least one of the tolerance when curved line processing (maximum deviation between the path before curved line processing and the path after curved line processing) and the range of curved line processing, depending on reference values including at least one of the difference in the curvature or radius of curvature of the paths, the difference in the angle of the path's progression direction or normal direction, and the distance to the center position of the arc of the paths. Then, the curved line processing unit 120 curves the paths related to the two consecutive movement commands based on the determined curved line parameters.
  • the curved line processing unit 120 outputs the curved movement command to the interpolation unit 130.
  • the curve forming processing unit 120 may determine the tolerance T of the curve forming using a table or a formula that defines the relationship between the reference value and the tolerance T of the curve forming.
  • FIG. 8 is a table diagram illustrating the relationship between the difference in the radius of curvature and the tolerance T.
  • the following formula 1 shows an example of a formula that defines the relationship between the difference in the radius of curvature and the tolerance T.
  • R s the smaller radius of curvature of the radii of curvature R i and R i+1 of two consecutive curved paths
  • R l the larger radius of curvature
  • FIG. 9 is a table illustrating the relationship between the difference in connection angle and the tolerance T.
  • the following formula 2 shows an example of a formula that defines the relationship between the difference in connection angle and the tolerance T.
  • R i and R i+1 the smaller radius of curvature of the two consecutive curved paths, R i and R i+1 , is indicated as R s .
  • R s the smaller radius of curvature of the two consecutive curved paths
  • a table or formula may be prepared that defines the relationship between the combination of multiple reference values and the tolerance T for curved line formation. Even in such a case, the relationship between the appropriate multiple reference values and the tolerance T can be determined in advance through experiments or the like and then defined.
  • the curved line processing unit 120 may determine the curved line range L using a table or a formula that defines the relationship between the reference value and the curved line range L.
  • FIG. 11 is a table diagram illustrating the relationship between the difference in the curvature radius and the curved line range L.
  • the following formula 4 shows an example of a formula that defines the relationship between the difference in the curvature radius and the curved line range L.
  • the smaller curvature radius of the two consecutive curved paths, R i and R i+1 is indicated as R s and the larger curvature radius is indicated as R l . As illustrated in FIG.
  • FIG. 12 is a table illustrating the relationship between the difference in connection angle and the range L of curvature.
  • the following formula 5 shows an example of a formula that defines the relationship between the difference in connection angle and the range L of curvature.
  • the smaller radius of curvature of the two consecutive curved paths, R i and R i+1 is indicated as R s .
  • R s the smaller radius of curvature of the two consecutive curved paths
  • Fig. 13 is a table diagram illustrating an example of the relationship between the distance d i of the arc center position of the path and the curved line range L.
  • the following formula 6 shows an example of a formula that defines the relationship between the distance of the arc center position of the path and the curved line range L.
  • an appropriate relationship between the distance of the arc center position and the curved line range L can be obtained in advance by experiments or the like.
  • a table or formula may be prepared that defines the relationship between the combination of multiple reference values and the range L of the curve. Even in such a case, the relationship between the appropriate multiple reference values and the range L of the curve can be determined and defined in advance through experiments, etc.
  • Fig. 14 is a schematic diagram illustrating the relationship between the tolerance T, the curved range L, and a continuous path.
  • the solid lines indicate two continuous paths C i and C i+1 instructed by a block of the control program 200.
  • the dotted lines indicate a path S i generated by curved processing.
  • curved processing is performed over a curved range L from C i L/(C i +C i+1 ) before the connection point of the two continuous paths C i and C i + 1 to C i+1 L/(C i +C i+1 ) after the connection point.
  • the curved processing may be performed with the tolerance T set as the maximum deviation from the original path.
  • the interpolation unit 130 performs an interpolation process to calculate the amount of movement for each axis of the industrial machine 3 per interpolation cycle. Then, it creates movement command data indicating the amount of movement for each axis per interpolation cycle. The interpolation unit 130 outputs the created movement command data for each interpolation cycle to the acceleration/deceleration unit 140.
  • the acceleration/deceleration unit 140 performs post-interpolation acceleration/deceleration processing to adjust the amount of movement for each interpolation cycle for the movement command data for each interpolation cycle created by the interpolation unit 130.
  • the post-interpolation acceleration/deceleration processing performed by the acceleration/deceleration unit 140 suppresses the magnitude of the first-order differential value in the movement of the drive unit along a specified axis based on the movement command data by, for example, applying an average filter to the movement command data for each interpolation cycle.
  • the acceleration/deceleration unit 140 outputs the movement command data for each interpolation cycle that has been subjected to acceleration/deceleration processing to the servo control unit 150.
  • the servo control unit 150 controls each servo motor 50 so that the drive unit of the industrial machine 3 moves along each axis based on the movement command data for each interpolation period input from the acceleration/deceleration unit 140.
  • the path change device 1 which is configured as described above, can select appropriate curved line parameters for each continuous path commanded by a block of the control program 200 that includes an arc, and perform the curved line processing. This reduces the change in acceleration that occurs at the connection of the blocks, and is expected to improve the machining accuracy.
  • the route changing device 1 determines a reference radius R0 when making two consecutive routes into a curve, and makes the route into a curve based on this reference radius R0 .
  • the path changing device 1 like the path changing device 1 according to the first embodiment, includes a program analysis unit 100, a curve forming determination unit 110, a curve forming processing unit 120, an interpolation unit 130, an acceleration/deceleration unit 140, and a servo control unit 150.
  • the RAM 13 to the non-volatile memory 14 of the path changing device 1 store a control program 200 for controlling the industrial machine 3.
  • the program analysis unit 100, curved line determination unit 110, interpolation unit 130, acceleration/deceleration unit 140, and servo control unit 150 of this embodiment have the same functions as the program analysis unit 100, curved line determination unit 110, interpolation unit 130, acceleration/deceleration unit 140, and servo control unit 150 of the first embodiment.
  • the curved line processing unit 120 When performing curved line processing between paths related to two consecutive movement commands, the curved line processing unit 120 according to this embodiment enlarges or reduces the curved line having a smaller radius of curvature among the paths so that the radius of curvature is the same as that of a circle having a predetermined reference radius R0 .
  • the reference radius R0 is set to an appropriate value (e.g., 10 mm) according to the parameter value used in the curved line processing.
  • the other path is also enlarged or reduced at the same ratio before the curved line processing is performed. After the curved line processing, each path is reduced or enlarged at the opposite ratio.
  • FIG. 15 is a schematic diagram for explaining the enlargement/reduction process of a curved path.
  • an arc path C i connecting points P i and P i+1 and an arc path C i +1 connecting points P i+1 and P i+2 are connected with point P i+1 as a connection part.
  • the radius of curvature R i of the arc path C i is smaller than the radius of curvature R i +1 of the arc path C i +1 .
  • the radius of curvature R i of the arc path C i is represented as R S and the radius of curvature R i of the arc path C i is represented as R l .
  • the curved path processing unit 120 Before performing the curved path processing, the curved path processing unit 120 enlarges or reduces the arc path with the smaller radius of curvature so that the radius of curvature is the same as the reference radius R 0 .
  • an arc path C i ' is created by multiplying (enlarging) the arc path C i by R 0 /R s .
  • an arc path C i+1 ' is created by similarly multiplying (enlarging) the other path, the arc path C i+1 , by R 0 /R s , and connected to the arc path C i ' at the same connection angle as before the enlargement.
  • the curve processing unit 120 performs curve processing on the two consecutive arc paths thus enlarged in the same manner as described in the first embodiment. Then, the path after the curve processing is reduced by R s /R 0 times.
  • the tolerance T When a route is enlarged to form a curve, the tolerance T may become larger than expected.
  • a tolerance limit value Tmax is set in advance, and if the tolerance T set during the curve forming process exceeds the tolerance limit value Tmax , the enlarged route is reduced by Tmax /T before the curve forming process is performed.
  • the path changing device 1 performs a curved line processing on a path that has been enlarged or reduced in accordance with a circle of a predetermined reference radius R0 , so that the ratio of the tolerance and length with respect to the radius of curvature becomes constant, and the visual balance of the arc shape is maintained.
  • the feed rate also decreases, so the machining shape precision is maintained, and it can be expected that more appropriate curved line processing can be performed.
  • the following describes a route changing device 1 according to a third embodiment.
  • the route changing device 1 according to the present embodiment adjusts the speed at a curved portion when two consecutive routes are curved.
  • the path changing device 1 like the path changing device 1 according to the first embodiment, includes a program analysis unit 100, a curve forming determination unit 110, a curve forming processing unit 120, an interpolation unit 130, an acceleration/deceleration unit 140, and a servo control unit 150.
  • the RAM 13 to the non-volatile memory 14 of the path changing device 1 store a control program 200 for controlling the industrial machine 3.
  • the program analysis unit 100, curved line determination unit 110, interpolation unit 130, acceleration/deceleration unit 140, and servo control unit 150 of this embodiment have the same functions as the program analysis unit 100, curved line determination unit 110, interpolation unit 130, acceleration/deceleration unit 140, and servo control unit 150 of the first embodiment.
  • the curved processing unit 120 When performing curved processing between paths related to two consecutive movement commands, the curved processing unit 120 according to this embodiment adjusts the feed speed before and after the connection part of the paths so that the feed speed changes monotonically from the feed speed before the connection part to the feed speed after the connection part. For example, when connecting an arc with a small radius of curvature to an arc with a large radius of curvature with a curve, the feed speed on the inserted curve continues to increase gradually without decreasing midway. In general, the feed speed of the arc part becomes smaller as the radius of curvature becomes smaller. Therefore, at the connection part of two consecutive paths with different curvatures, a sudden change in feed speed occurs. Therefore, the acceleration and deceleration are adjusted so that the feed speed changes gradually to prevent a sudden change in feed speed.
  • This adjustment may be performed by adjusting the normal acceleration.
  • the normal acceleration A when moving along an arc path can be expressed by the following equation 7, where the feed speed is V and the radius of curvature is R.
  • the curved line processing unit 120 may adjust the feed speed V so that, for example, in the curved line range L, the normal acceleration changes gradually from the normal acceleration before the connection to the normal acceleration after the connection.
  • the path changing device 1 which is configured as described above, adjusts the feed speed on a curved path so that the speed does not change suddenly before and after the connection. This is expected to suppress sudden changes in acceleration that occur at the connection of machining blocks that involve arcs, improving machining accuracy, and minimizing deterioration of the shape of the arc.
  • the path changing device 1 In the above embodiment, an example is shown in which the path changing device 1 according to the present disclosure is implemented on a control device of an industrial machine. However, as illustrated in FIG. 16, the functions up to the curved line processing may be implemented on a computer. In such a configuration, the path changing device 1 reads each block of the control program 200 and creates a movement command that has been subjected to the curved line processing. The created movement command may then be passed to the control device 2 for use in controlling the industrial machine 3. At this time, the path changing device 1 may pass the curved line movement command to the control device 2 via the network 5, or may cause the control device 2 to read the curved line movement command stored in the external device 72.
  • a path changing device (1) includes a program analysis unit (100) that sequentially reads blocks from a control program (200) and analyzes commands using the blocks; a curvature determination unit (110) that, when two consecutive movement commands include arc commands, detects reference values related to curvature, including at least one of a difference in curvature or radius of curvature, a difference in angle between the direction of travel or the normal direction, and a distance between arc center positions, in each of the movement commands, and determines whether or not curvature is required at a connection portion of the paths related to the movement commands based on the reference values; and a curvature processing unit (120) that determines curvature parameters for a path that requires curvature, including at least one of a tolerance, which is a maximum deviation of the path before and after curving, and a curvature range, based on the reference values related to curvature, and curves the path
  • the curve forming determination unit (110) provided in a route changing device (1) according to another aspect of the present disclosure determines that curve forming should be performed using a predetermined curve forming parameter when the reference value for the curve forming is 0.
  • the curve forming processing unit (120) provided in a path changing device (1) according to another aspect of the present disclosure enlarges or reduces the path related to the movement command to fit a circle of a predetermined reference radius, curves the enlarged or reduced path, and then reduces or enlarges the curved path.
  • the curve forming processing unit (120) provided in a route changing device (1) according to another aspect of the present disclosure reduces the enlarged route and then curves the route so as not to exceed a predetermined tolerance limit value.
  • a path change device (1) according to another aspect of the present disclosure adjusts the feed speed so that the feed speed before and after the connection part of the path changes monotonically.
  • the route changing device according to claim 1 The route changing device according to claim 1 .
  • a path change device (1) according to another aspect of the present disclosure adjusts the feed speed so that the normal acceleration before and after the connection part of the path changes gradually.
  • a computer-readable recording medium causes a computer to function as: a program analysis unit (100) that sequentially reads blocks from a control program (200) and analyzes commands using the blocks; a curvature determination unit (110) that, when two consecutive movement commands include arc commands, detects reference values related to curvature, including at least one of the difference in curvature or radius of curvature, the difference in angle between the traveling direction or normal direction, and the distance between arc center positions, in each of the movement commands, and determines whether or not curvature is required at a connection portion of paths related to the movement commands based on the reference values; and a curvature processing unit (120) that determines curvature parameters for a path that requires curvature, including at least one of a tolerance, which is the maximum deviation of the path before and after curving, and a curvature range, based on the reference values related to curvature, and curves the path based on the determined curvature parameters, and the curva

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Abstract

本開示による経路変更装置は、制御用プログラムからブロックを順次読み込み、該ブロックにより指令を解析するプログラム解析部と、連続する２つの移動指令が円弧指令を含む場合、それぞれの当該移動指令における曲線化に係る基準値を検出し、該基準値に基づいて当該移動指令に係る経路の接続部における曲線化の要否を判断する曲線化判断部と、曲線化が必要された経路について、曲線化に係る前記基準値に基づいて、曲線化パラメータを決定し、決定した曲線化パラメータに基づいて前記経路を曲線化する曲線化処理部と、を備え、曲線化処理部が決定する曲線化パラメータは、基準値が増加した場合に同じ値または増加する。

Description

経路変更装置、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体
　本開示は、経路変更装置、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。
　工作機械の加工プログラムは直線指令と円弧指令を組み合わせて作られており、その接続部は不連続に接続されているのが一般的である。その指令を滑らかに動作し、加工精度を出すために、指令経路はフィルタで平滑化されたり、スプライン曲線で曲線化されたりする（例えば、特許文献１など）。
特開２０１５－０８２２５１号公報
　円弧との接続部では、接続が不連続な場合は勿論、接続が連続であっても、法線方向加速度が接続部で変化する。そのため、接続部で形状誤差を生じて加工精度が悪化しやすい。そのため、曲線化が必要になる。直線と直線とが不連続に接続されている場合、所定のトレランス（元の経路と曲線との最大乖離量）に応じた接続部の曲線化が行われる。一方、円弧と円弧とが接続されている場合、円弧形状を大きく損なわない様に接続部を曲線化する必要がある。この場合、一定のトレランスで曲線化することは難しい。そこで、円弧と円弧との接続を精度よく曲線化する技術が望まれている。
　本開示による経路変更装置は、連続する２つの移動指令に係る経路について、その曲率半径または曲率の違い、接続角度、及び円弧中心位置の距離の少なくともいずれかに応じて、曲線化のトレランス又は曲線化範囲を決定することで、上記課題を解決する。
　そして本開示の一態様は、制御用プログラムからブロックを順次読み込み、該ブロックにより指令を解析するプログラム解析部と、連続する２つの移動指令が円弧指令を含む場合、それぞれの当該移動指令における曲率または曲率半径の違い、進行方向または法線方向の角度の違い、及び円弧中心位置の距離の少なくともいずれかを含む曲線化に係る基準値を検出し、該基準値に基づいて当該移動指令に係る経路の接続部における曲線化の要否を判断する曲線化判断部と、曲線化が必要された経路について、曲線化に係る前記基準値に基づいて、曲線化する前後の経路の最大乖離量であるトレランス及び曲線化する範囲の少なくともいずれかを含む曲線化パラメータを決定し、決定した前記曲線化パラメータに基づいて前記経路を曲線化する曲線化処理部と、を備え、前記曲線化処理部が決定する前記曲線化パラメータは、前記基準値が増加した場合に同じ値または増加する、経路変更装置である。
第１実施形態による経路変更装置の概略的なハードウェア構成図である。 第１実施形態による経路変更装置の概略的な機能を示すブロック図である。 接続している２つの円弧経路を例示する模式図である。 接続している２つの円弧経路の他の例を示す模式図である。 接続している２つの円弧経路の他の例を示す模式図である。 接続している２つの円弧経路の他の例を示す模式図である。 接続している２つの円弧経路の他の例を示す模式図である。 曲率半径の違いとトレランスとの関係を例示するテーブル図である。 接続角度の違いとトレランスとの関係を例示するテーブル図である。 経路の円弧中心位置の距離とトレランスとの関係を例示するテーブル図である。 曲率半径の違いと曲線化範囲との関係を例示するテーブル図である。 接続角度の違いと曲線化範囲との関係を例示するテーブル図である。 経路の円弧中心位置の距離と曲線化範囲との関係を例示するテーブル図である。 トレランス及び曲線化範囲と連続した経路との関係を例示する模式図である。 曲線経路の拡大／縮小処理について説明する模式図である。 その他の実施形態による経路変更装置の概略的な機能を示すブロック図である。
　以下、本開示の実施形態を図面と共に説明する。なお、以下の説明では、同一または類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。そして、それら構成の重複する説明は、省略する場合がある。
　本願でいう「ＸＸに基づく」とは、「少なくともＸＸに基づく」ことを意味し、ＸＸに加えて別の要素に基づく場合も含む。また、「ＸＸに基づく」とは、ＸＸを直接に用いる場合に限定されず、ＸＸに対して演算や加工が行われたものに基づく場合も含む。「ＸＸ」は、任意の要素（例えば、任意の情報）である。
［第１実施形態］
　図１は本開示の一実施形態による経路変更装置の要部を示す概略的なハードウェア構成図である。本開示の経路変更装置１の機能は、モータが駆動することで移動する移動対象を備えた工作機械やロボットなどの産業機械を制御する制御装置の上に実装することができる。また、制御装置に併設されたパソコンや、該制御装置と有線／無線のネットワークを介して接続されたパソコン、セルコンピュータ、フォグコンピュータ６、クラウドサーバ７などのコンピュータ上に実装することができる。本実施形態では、工具とワークとの相対位置を制御することでワークを加工する工作機械を制御する制御装置の上に各機能を実装した経路変更装置１を例として説明する。
　本開示の経路変更装置１が備えるＣＰＵ１１は、経路変更装置１を全体的に制御するプロセッサである。ＣＰＵ１１は、バス２２を介してＲＯＭ１２に格納されたシステム・プログラムを読み出し、該システム・プログラムに従って経路変更装置１全体を制御する。ＲＡＭ１３には一時的な計算データや表示データ、及び外部から入力された各種データ等が一時的に格納される。
　不揮発性メモリ１４は、例えば図示しないバッテリでバックアップされたメモリやＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ　Ｓｔａｔｅ　Ｄｒｉｖｅ）等で構成され、経路変更装置１の電源がオフされても記憶状態が保持される。不揮発性メモリ１４には、インタフェース１５を介して外部機器７２から読み込まれた制御用プログラムやデータ、入力装置７１を介して入力されたデータや制御用プログラム、産業機械３から取得される各データ等が記憶される。不揮発性メモリ１４に記憶された制御用プログラムやデータは、実行時／利用時にはＲＡＭ１３に展開されても良い。また、ＲＯＭ１２には、公知の解析プログラムなどの各種システム・プログラムが予め書き込まれている。
　インタフェース１５は、経路変更装置１のＣＰＵ１１とＵＳＢメモリ、コンパクトフラッシュ（登録商標）、ＳＤカード等の外部機器７２と接続するためのインタフェースである。外部機器７２側からは、例えば産業機械３の制御に用いられる制御用プログラムや各種データ等を読み込むことができる。また、経路変更装置１内で編集した制御用プログラムや各種データ等は、外部機器７２に対して記憶させることができる。ＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）１６は、経路変更装置１に内蔵されたシーケンス・プログラムによって、産業機械３及び該産業機械３の周辺装置（例えば、工具交換装置や、ロボット等のアクチュエータ、産業機械３に取付けられているセンサ等）にＩ／Ｏユニット１７を介して信号を出力し制御する。また、ＰＬＣ１６は、産業機械３の本体に配備された操作盤の各種スイッチや周辺装置等からの信号を受け、必要な信号処理をした後、ＣＰＵ１１に渡す。
　表示装置７０には、メモリ上に読み込まれた各データ、制御用プログラムやシステム・プログラム等が実行された結果として得られたデータ等が、インタフェース１８を介して出力されて表示される。また、キーボードやポインティングデバイス等から構成される入力装置７１は、インタフェース１９を介して作業者による操作に基づく指令，データ等をＣＰＵ１１に渡す。
　インタフェース２０は、経路変更装置１のＣＰＵ１１と有線乃至無線のネットワーク５とを接続するためのインタフェースである。ネットワーク５は、例えばＲＳ－４８５等のシリアル通信、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）通信、光通信、無線ＬＡＮ、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の技術を用いて通信をするものであってよい。ネットワーク５には、他の産業機械４、フォグコンピュータ６、クラウドサーバ７等が接続され、経路変更装置１との間で相互にデータのやり取りを行っている。
　産業機械３が備える駆動軸を制御するための軸制御回路３０は、ＣＰＵ１１からの駆動軸の位置指令を受けて、該駆動軸に対する指令をサーボアンプ４０に出力する。サーボアンプ４０はこの指令を受けて駆動軸であるサーボモータ５０を駆動し、産業機械３が備える各部をそれぞれの軸に沿って移動させる。それぞれのサーボモータ５０は位置検出器を内蔵し、この位置検出器からの位置フィードバック信号を軸制御回路３０にフィードバックする。軸制御回路３０は、位置このフィードバック信号に基づいてサーボモータ５０のフィードバック制御を行う。なお、図１のハードウェア構成図では、軸制御回路３０、サーボアンプ４０、サーボモータ５０は１つずつしか示されていないが、実際には制御対象となる産業機械３に備えられた軸の数だけ用意される。例えば、一般的な直線３軸を備えた工作機械を制御する場合には、工具が取り付けられた主軸とワークとを直線３軸（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）方向に相対的に移動させる３組の軸制御回路３０、サーボアンプ４０、サーボモータ５０が用意される。
　スピンドル制御回路６０は、主軸回転指令を受け、スピンドルアンプ６１にスピンドル速度信号を出力する。スピンドルアンプ６１はこのスピンドル速度信号を受けて、産業機械３のスピンドルモータ６２を指令された回転速度で回転させ、主軸を駆動する。スピンドルモータ６２にはポジションコーダ６３が結合されている。ポジションコーダ６３が主軸の回転に同期して帰還パルスを出力し、その帰還パルスはＣＰＵ１１によって読み取られる。
　図２は、本開示の第１実施形態による経路変更装置１が備える機能を概略的なブロック図として示したものである。本実施形態による経路変更装置１が備える各機能は、図１に示した経路変更装置１が備えるＣＰＵ１１がシステム・プログラムを実行し、経路変更装置１の各部の動作を制御することにより実現される。
　本実施形態の経路変更装置１は、プログラム解析部１００、曲線化判断部１１０、曲線化処理部１２０、補間部１３０、加減速部１４０、サーボ制御部１５０を備える。また、経路変更装置１のＲＡＭ１３乃至不揮発性メモリ１４には、産業機械３を制御するための制御用プログラム２００が記憶される。
　プログラム解析部１００は、制御用プログラム２００のブロックを順次読み出し、読み出したブロックを解析する。そして、解析した結果に基づいて、産業機械３が備える駆動部を移動させる経路に係る移動指令を作成する。この経路は、例えば工具径補正などのオフセット値を考慮した複数の直線経路、複数の曲線経路が接続されたものとなる。プログラム解析部１００は、作成した移動指令を曲線化判断部１１０へと出力する。
　曲線化判断部１１０は、プログラム解析部１００が作成した移動指令について、連続する２つの移動指令に係る経路の間で曲線化をするか判断する。曲線化判断部１１０は、連続する２つの移動指令の少なくとも一方が円弧経路に係る指令である場合、それぞれの移動指令に係る経路の接続部の前後において、経路の曲率または曲率半径の違い、経路の進行方向または法線方向の角度の違い、および経路の円弧中心位置の距離の少なくともいずれかを曲線化に係る基準値として検出する。そして、その曲線化に係る基準値に基づいて経路の接続部において曲線化の要否を判断する。曲線化判断部１１０は、検出した基準値と曲線化の要否の判断結果とを曲線化処理部１２０へと出力する。
　図３は、接続している２つの円弧経路を例示する模式図である。図３の例では、点ＰiとＰi+1を結ぶ円弧経路Ｃiと、点Ｐi+1とＰi+2を結ぶ円弧経路Ｃi+1とが点Ｐi+1を接続部として接続している。円弧経路Ｃiの曲率半径Ｒiと、円弧経路Ｃi+1の曲率半径Ｒi+1とは同じである。また、接続部である点Ｐi+1の直前における円弧経路Ｃiの進行方向と、点Ｐi+1の直後における円弧経路Ｃi+1の進行方向は同じ（接続角度θiが０°）である。更に、円弧経路Ｃiの中心位置と、円弧経路Ｃi+1の中心位置の距離は０である。これは、円弧経路Ｃiと円弧経路Ｃi+1とは滑らかに接続され、急な曲率変化も生じていないことを示している。このように曲線化に係る基準値がいずれも０である場合に、曲線化判断部１１０は、点Ｐi+1の接続部には曲線化が必要ないと判断するようにしてもよい。または、曲線化判断部１１０は、予め定めた所定の曲線化パラメータを用いて曲線化処理を行うと判断してもよい
　図４は、接続している２つの円弧経路の他の例を示す模式図である。図４の例では、点ＰiとＰi+1を結ぶ円弧経路Ｃiと、点Ｐi+1とＰi+2を結ぶ円弧経路Ｃi+1とが点Ｐi+1を接続部として接続している。円弧経路Ｃiの曲率半径Ｒiは、円弧経路Ｃi+1の曲率半径Ｒi+1よりも小さい。また、接続部である点Ｐi+1の直前における円弧経路Ｃiの進行方向と、点Ｐi+1の直後における円弧経路Ｃi+1の進行方向は同じ（接続角度θiが０°）である。更に、円弧経路Ｃiの中心位置と、円弧経路Ｃi+1の中心位置の距離ｄiは０よりも大きい。これは、円弧経路Ｃiと円弧経路Ｃi+1とは滑らかに接続されてはいるものの、急な曲率変化が生じていることを示している。このような場合には、曲線化判断部１１０は、点Ｐi+1の接続部には曲線化が必要であると判断する。
　図５は、接続している２つの円弧経路の他の例を示す模式図である。図５の例では、点ＰiとＰi+1を結ぶ円弧経路Ｃiと、点Ｐi+1とＰi+2を結ぶ円弧経路Ｃi+1とが点Ｐi+1を接続部として接続している。円弧経路Ｃiの曲率半径Ｒiと、円弧経路Ｃi+1の曲率半径Ｒi+1とは同じである。また、接続部である点Ｐi+1の直前における円弧経路Ｃiの進行方向と、点Ｐi+1の直後における円弧経路Ｃi+1の進行方向が異なっている（接続角度θiが０°以上）。更に、円弧経路Ｃiの中心位置と、円弧経路Ｃi+1の中心位置の距離ｄiは０よりも大きい。これは、円弧経路Ｃiと円弧経路Ｃi+1とは急な曲率変化も生じていないが、接続点において滑らかに接続されていないことを示している。このような場合には、曲線化判断部１１０は、点Ｐi+1の接続部には曲線化が必要であると判断する。
　図６は、接続している２つの円弧経路の他の例を示す模式図である。図６の例では、点ＰiとＰi+1を結ぶ円弧経路Ｃiと、点Ｐi+1とＰi+2を結ぶ円弧経路Ｃi+1とが点Ｐi+1を接続部として接続している。円弧経路Ｃiの曲率半径Ｒiは、円弧経路Ｃi+1の曲率半径Ｒi+1よりも小さい。また、接続部である点Ｐi+1の直前における円弧経路Ｃiの進行方向と、点Ｐi+1の直後における円弧経路Ｃi+1の進行方向が異なっている（接続角度θiが０°以上）。更に、円弧経路Ｃiの中心位置と、円弧経路Ｃi+1の中心位置の距離ｄiは０よりも大きい。これは、円弧経路Ｃiと円弧経路Ｃi+1とは滑らかに接続されておらず、また、急な曲率変化も生じていることを示している。このような場合には、曲線化判断部１１０は、点Ｐi+1の接続部には曲線化が必要であると判断する。
　図７は、接続している２つの円弧経路の他の例を示す模式図である。図７の例では、点ＰiとＰi+1を結ぶ円弧経路Ｃiと、点Ｐi+1とＰi+2を結ぶ円弧経路Ｃi+1とが点Ｐi+1を接続部として接続している。また、円弧経路Ｃiの中心位置と、円弧経路Ｃi+1の中心位置とは、経路を挟んで反対側に位置している。このような場合、経路の円弧中心位置の距離ｄiは非常に大きな値となり、曲線化に係る基準値として同じ基準で利用することができない。そのため、曲線化判断部１１０は、トレランスに制限を加えずに曲線化をするものとして判断するようにすればよい。なお、連続する２つの移動指令に係る経路の内いずれかの経路が直線経路の場合には、経路の曲率もしくは曲率半径の違いについても曲線化に係る基準値として同じ基準で利用することができない。このような場合には、曲線化判断部１１０は、直線を曲率半径無限大の円弧と考えて、曲率半径Ｒi＝∞又はｄi＝∞として特別な曲線化の基準値として扱い曲線化の要否を判断するようにすればよい。
　曲線化処理部１２０は、曲線化が必要とされた２つの連続した経路に対して曲線化の処理を行う。曲線化の処理は、平滑化フィルタやスプライン曲線などの公知の手法を用いてよい。曲線化処理部１２０は、経路の曲率または曲率半径の違い、経路の進行方向または法線方向の角度の違い、及び経路の円弧中心位置の距離の少なくともいずれかを含む基準値に応じて、曲線化する際のトレランス（曲線化する前の経路と曲線化した後の経路との最大乖離量）及び曲線化する範囲の少なくともいずれかを含む曲線化パラメータを決定する。そして、決定した曲線化パラメータに基づいて連続する２つの移動指令に係る経路を曲線化する。曲線化処理部１２０は、曲線化した移動指令を補間部１３０へと出力する。
　曲線化処理部１２０は、基準値の値と曲線化のトレランスＴとの関係を定義するテーブルや数式を用いて曲線化のトレランスＴを決定するようにしてよい。図８は、曲率半径の違いとトレランスＴとの関係を例示するテーブル図である。また、以下に示す数１式は、曲率半径の違いとトレランスＴとの関係を定義する数式の例を示したものである。なお、図８及び数１式では、２つの連続した曲線経路のそれぞれ曲率半径Ｒi、Ｒi+1の内で、小さい方の曲率半径をＲs、大きい方の曲率半径をＲlで示している。図８及び数１式に例示するように、前の円弧経路Ｃiの曲率半径Ｒiと、後の円弧経路Ｃi+1の曲率半径Ｒi+1との違いが大きくなればなるほど、トレランスＴの値が大きくなるようにすることが望ましい。この関係については、予め実験などにより適切な曲率半径の違いとトレランスＴとの関係を求めておけばよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　図９は、接続角度の違いとトレランスＴとの関係を例示するテーブル図である。また、以下に示す数２式は、接続角度の違いとトレランスＴとの関係を定義する数式の例を示したものである。なお、図９及び数２式では、２つの連続した曲線経路のそれぞれ曲率半径Ｒi、Ｒi+1の内で、小さい方の曲率半径をＲsで示している。図９及び数２式に例示するように、前の円弧経路Ｃiと、後の円弧経路Ｃi+1との接続角度θiが大きくなればなるほど、トレランスＴの値が大きくなるようにすることが望ましい。この関係については、予め実験などにより適切な接続角度の違いとトレランスＴとの関係を求めておけばよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　図１０は、経路の円弧中心位置の距離ｄiとトレランスＴとの関係を例示するテーブル図である。また、以下に示す数３式は、経路の円弧中心位置の距離とトレランスＴとの関係を定義する数式の例を示したものである。なお、図１０及び数３式では、２つの連続した曲線経路のそれぞれ曲率半径Ｒi、Ｒi+1の内で、小さい方の曲率半径をＲsで示している。図１０及び数３式に例示するように、経路の円弧中心位置の距離ｄiが大きくなればなるほど、トレランスＴの値が大きくなるようにすることが望ましい。この関係については、予め実験などにより適切な接続角度の違いとトレランスＴとの関係を求めておけばよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　複数の基準値の組合せと曲線化のトレランスＴとの関係を定義するテーブルや数式を用意してよい。このような場合においても、予め実験などにより適切な複数の基準値の値とトレランスＴとの関係を求めて定義しておけばよい。
　曲線化処理部１２０は、基準値の値と曲線化の範囲Ｌとの関係を定義するテーブルや数式を用いて曲線化の範囲Ｌを決定するようにしてよい。図１１は、曲率半径の違いと曲線化の範囲Ｌとの関係を例示するテーブル図である。また、以下に示す数４式は、曲率半径の違いと曲線化の範囲Ｌとの関係を定義する数式の例を示したものである。なお、図１１及び数４式では、２つの連続した曲線経路のそれぞれ曲率半径Ｒi、Ｒi+1の内で、小さい方の曲率半径をＲs、大きい方の曲率半径をＲlで示している。図１１及び数４式に例示するように、前の円弧経路Ｃiの曲率半径Ｒiと、後の円弧経路Ｃi+1の曲率半径Ｒi+1との違いが大きくなればなるほど、曲線化の範囲Ｌの値が大きくなるようにすることが望ましい。この関係については、予め実験などにより適切な曲率半径の違いと曲線化の範囲Ｌとの関係を求めておけばよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　図１２は、接続角度の違いと曲線化の範囲Ｌとの関係を例示するテーブル図である。また、以下に示す数５式は、接続角度の違いと曲線化の範囲Ｌとの関係を定義する数式の例を示したものである。なお、図１２及び数５式では、２つの連続した曲線経路のそれぞれ曲率半径Ｒi、Ｒi+1の内で、小さい方の曲率半径をＲsで示している。図１２及び数４式に例示するように、前の円弧経路Ｃiと、後の円弧経路Ｃi+1との接続角度θiが大きくなればなるほど、曲線化の範囲Ｌの値が大きくなるようにすることが望ましい。この関係については、予め実験などにより適切な接続角度の違いと曲線化の範囲Ｌとの関係を求めておけばよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　図１３は、経路の円弧中心位置の距離ｄiと曲線化の範囲Ｌとの関係を例示するテーブル図である。また、以下に示す数６式は、経路の円弧中心位置の距離と曲線化の範囲Ｌとの関係を定義する数式の例を示したものである。図１３及び数６式に例示するように、経路の円弧中心位置の距離ｄiが大きくなればなるほど、曲線化の範囲Ｌの値が大きくなるようにすることが望ましい。この関係については、予め実験などにより適切な円弧中心位置の距離と曲線化の範囲Ｌとの関係を求めておけばよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　複数の基準値の値の組合せと曲線化の範囲Ｌとの関係を定義するテーブルや数式を用意してよい。このような場合においても、予め実験などにより適切な複数の基準値の値と曲線化の範囲Ｌとの関係を求めて定義しておけばよい。
　図１４は、トレランスＴ及び曲線化範囲Ｌと連続した経路との関係を例示する模式図である。図１４において、実線は制御用プログラム２００のブロックにより指令された２つの連続した経路Ｃi及び経路Ｃi+1を示している。また、点線は曲線化することで生成される経路Ｓiを示している。図１４に示すように、２つの連続した経路Ｃi及び経路Ｃi+1の接続点の前ＣｉＬ／(Ｃｉ＋Ｃi+1)から後Ｃｉ+1Ｌ／(Ｃｉ＋Ｃi+1)の曲線化範囲Ｌに渡って曲線化が施される。この時、トレランスＴを元の経路からの最大乖離量として、曲線化処理を行えばよい。
　補間部１３０は、産業機械３が備える軸毎の補間周期毎の移動量を算出する補間処理を行う。そして、軸毎の補間周期毎の移動量を示す移動指令データを作成する。補間部１３０は、作成した補間周期毎の移動指令データを加減速部１４０へと出力する。
　加減速部１４０は、補間部１３０が作成した補間周期毎の移動指令データに対して補間周期毎の移動量を調整する補間後加減速処理を行う。加減速部１４０が行う補間後加減速処理は、補間周期毎の移動指令データに対して例えば平均値フィルタを掛けることで、移動指令データに基づく所定の軸に沿った駆動部の移動における一階微分値の大きさを抑制する。加減速部１４０は、加減速処理を施した補間周期毎の移動指令データをサーボ制御部１５０へと出力する。
　サーボ制御部１５０は、加減速部１４０から入力された補間周期毎の移動指令データに基づいて、産業機械３の駆動部が各軸に沿って移動するように各サーボモータ５０を制御する。
　上記構成を備えた本実施形態による経路変更装置１は、円弧を伴う制御用プログラム２００のブロックにより指令される連続した各経路に対して適切な曲線化パラメータを選択して曲線化の処理を行うことができる。これにより、ブロックの接続部で生じる加速度変化が抑えられ、加工精度の向上が見込まれる。
［第２実施形態］
　以下では、第２実施形態による経路変更装置１について説明する。本実施形態による経路変更装置１は、２つの連続する経路を曲線化する際に基準半径Ｒ0を定め、この基準半径Ｒ0に基づいて曲線化を行う。
　本開示の第２実施形態による経路変更装置１は、第１実施形態による経路変更装置１と同様に、プログラム解析部１００、曲線化判断部１１０、曲線化処理部１２０、補間部１３０、加減速部１４０、サーボ制御部１５０を備える。また、経路変更装置１のＲＡＭ１３乃至不揮発性メモリ１４には、産業機械３を制御するための制御用プログラム２００が記憶される。
　本実施形態によるプログラム解析部１００、曲線化判断部１１０、補間部１３０、加減速部１４０、サーボ制御部１５０は、第１実施形態によるプログラム解析部１００、曲線化判断部１１０、補間部１３０、加減速部１４０、サーボ制御部１５０と同様の機能を備える。
　本実施形態による曲線化処理部１２０は、連続する２つの移動指令に係る経路の間で曲線化処理を行う際に、該経路の内で曲率半径が小さい方の曲線経路を予め定めた所定の基準半径Ｒ0の円と同じ曲率半径がとなるように拡大又は縮小する。基準半径Ｒ0は、曲線化処理に用いるパラメータの値に応じて適切な大きさ（例えば、１０ｍｍ）を定めておく。そして、他方の経路についても、同じ比率で拡大又は縮小した上で、曲線化処理を実行する。そして、曲線化をした後、それぞれの経路を逆の比率で縮小又は拡大する。
　図１５は、曲線経路の拡大／縮小処理について説明する模式図である。図１５の例では、点ＰiとＰi+1を結ぶ円弧経路Ｃiと、点Ｐi+1とＰi+2を結ぶ円弧経路Ｃi+1とが点Ｐi+1を接続部として接続している。円弧経路Ｃiの曲率半径Ｒiは、円弧経路Ｃi+1の曲率半径Ｒi+1よりも小さい。以下では、円弧経路Ｃiの曲率半径ＲiをＲSと、円弧経路Ｃiの曲率半径ＲiをＲlと表記する。図１５の右下に示される点線円は、予め定めた所定の基準半径Ｒ0の円である。曲線化処理部１２０は、曲線化処理をする前に、曲率半径が小さい方の円弧経路を、曲率半径が基準半径Ｒ0と同じになるように拡大又は縮小する。図１５の例では、曲率半径が小さいのは円弧経路Ｃiなので、円弧経路ＣiをＲ0／Ｒs倍（拡大）した円弧経路Ｃi’を作成する。その後、他方の経路である円弧経路Ｃi+1を同様にＲ0／Ｒs倍（拡大）した円弧経路Ｃi+1’を作成し、円弧経路Ｃi’に拡大前と同じ接続角度で接続する。このようにして拡大した連続する２つの円弧経路に対して、曲線化処理部１２０は、第１実施形態で説明したのと同様のやり方で曲線化処理を施す。そして、曲線化処理を施した後の経路を、Ｒs／Ｒ0倍（縮小）する。
　なお、経路を拡大して曲線化する際に、トレランスＴが想定していた場合と比べて大きくなる場合がある。そのような場合には、予めトレランスの制限値Ｔmaxを設定しておき、曲線化処理時に設定されたトレランスＴがトレランスの制限値Ｔmaxを超えた場合には、拡大した経路をＴmax／Ｔで縮小した上で曲線化処理を施すようにすればよい。
　上記構成を備えた本実施形態による経路変更装置１は、所定の基準半径Ｒ0の円に併せて拡大又は縮小した経路に対して曲線化処理を施すため、曲率半径に対する、トレランスと長さとの比率が一定なり、円弧形状の見た目のバランスが保たれる。一般に、円弧半径が小さくなるにつれて送り速度も下がるので、加工形状精度も保たれ、より適切な曲線化が行えることが期待できる。
［第３実施形態］
　以下では、第３実施形態による経路変更装置１について説明する。本実施形態による経路変更装置１は、２つの連続する経路を曲線化する際に曲線部における速度を調節する。
　本開示の第３実施形態による経路変更装置１は、第１実施形態による経路変更装置１と同様に、プログラム解析部１００、曲線化判断部１１０、曲線化処理部１２０、補間部１３０、加減速部１４０、サーボ制御部１５０を備える。また、経路変更装置１のＲＡＭ１３乃至不揮発性メモリ１４には、産業機械３を制御するための制御用プログラム２００が記憶される。
　本実施形態によるプログラム解析部１００、曲線化判断部１１０、補間部１３０、加減速部１４０、サーボ制御部１５０は、第１実施形態によるプログラム解析部１００、曲線化判断部１１０、補間部１３０、加減速部１４０、サーボ制御部１５０と同様の機能を備える。
　本実施形態による曲線化処理部１２０は、連続する２つの移動指令に係る経路の間で曲線化処理を行う際に、経路の接続部の前後において、接続部前の送り速度から、接続部の後の送り速度まで単調に変化するように、例えば曲率半径の小さな円弧の後ろに曲率半径の大きな円弧を曲線で接続する場合には、挿入する曲線上の送り速度が途中で減少することなく緩やかに増加し続けるように、接続部の前後に送り速度を調整する。一般に、円弧部の送り速度は曲率半径が小さくなるほど小さい値となる。そのため、曲率が異なる連続する２つの経路の接続部では、急な送り速度の変化が起きる。そのため、急な送り速度の変化が起きないように、緩やかに送り速度が変化するように加減速を調整する。この調整は、法線加速度を調整することで行うようにしてもよい。円弧経路を移動する際の法線方向加速度Ａは、送り速度をＶ、曲率半径をＲとした時、以下の数７式で表すことができる。本実施形態による曲線化処理部１２０は、例えば曲線化範囲Ｌにおいて、接続部前の法線方向加速度から接続部後の法線方向加速度へと緩やかに変化するように送り速度Ｖを調整するようにしてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　上記構成を備えた本実施形態による経路変更装置１は、曲線化した経路上での送り速度について、接続部の前後において急激に速度が変化しないように送り速度を調整する。そのため、円弧を伴う加工ブロックの接続部で生じる加速度の急激な変化が抑えられ、加工精度が向上することが期待でき、また、円弧の形状悪化も最小限に抑えられる。
［その他の実施形態］
　上記した実施形態では、本開示による経路変更装置１を産業機械の制御装置上に実装した例を示した。しかしながら、図１６に例示するように、曲線化の処理を行うまでの機能をコンピュータ上に実装するようにしてもよい。このように構成する場合、経路変更装置１は、制御用プログラム２００の各ブロックを読み込んで曲線化処理を施した移動指令を作成する。そして作成した移動指令を制御装置２に渡して産業機械３の制御に用いるようにすればよい。この時、経路変更装置１は、曲線化した移動指令をネットワーク５を介して制御装置２に渡してもよいし、外部機器７２に記憶した曲線化した移動指令を制御装置２へと読み込ませるようにしてもよい。
　以上、本開示の実施形態について詳述したが、本開示は上述した個々の実施形態に限定されるものではない。これらの実施形態は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、または、請求の範囲に記載された内容とその均等物から導き出される本開示の思想および趣旨を逸脱しない範囲で、種々の追加、置き換え、変更、部分的削除等が可能である。例えば、上述した実施形態において、各動作の順序や各処理の順序は、一例として示したものであり、これらに限定されるものではない。また、上述した実施形態の説明に数値又は数式が用いられている場合も同様である。
　以下に、本開示の実施形態に係る付記を示す。
（付記１）
　本開示の一態様による経路変更装置（１）は、制御用プログラム（２００）からブロックを順次読み込み、該ブロックにより指令を解析するプログラム解析部（１００）と、連続する２つの移動指令が円弧指令を含む場合、それぞれの当該移動指令における曲率または曲率半径の違い、進行方向または法線方向の角度の違い、及び円弧中心位置の距離の少なくともいずれかを含む曲線化に係る基準値を検出し、該基準値に基づいて当該移動指令に係る経路の接続部における曲線化の要否を判断する曲線化判断部（１１０）と、曲線化が必要された経路について、曲線化に係る前記基準値に基づいて、曲線化する前後の経路の最大乖離量であるトレランス及び曲線化する範囲の少なくともいずれかを含む曲線化パラメータを決定し、決定した前記曲線化パラメータに基づいて前記経路を曲線化する曲線化処理部（１２０）と、を備え、前記曲線化処理部（１２０）が決定する前記曲線化パラメータは、前記基準値が増加した場合に同じ値または増加する。
（付記２）
　本開示の他の態様による経路変更装置（１）が備える前記曲線化判断部（１１０）は、前記曲線化に係る基準値が０である場合、予め定めた所定の曲線化パラメータを用いて曲線化をすると判断する。
（付記３）
　本開示の他の態様による経路変更装置（１）が備える前記曲線化処理部（１２０）は、予め定めた所定の基準半径の円に併せて前記移動指令に係る経路を拡大又は縮小し、該拡大又は縮小した経路を曲線化した上で、曲線化した経路を縮小又は拡大する。
（付記４）
　本開示の他の態様による経路変更装置（１）が備える前記曲線化処理部（１２０）は、予め定めた所定のトレランス制限値を超えないように、拡大した前記経路を縮小してから経路の曲線化をする。
（付記５）
　本開示の他の態様による経路変更装置（１）は、前記経路の接続部の前後の送り速度が単調に変化するように送り速度を調整する。
、
請求項１に記載の経路変更装置。
（付記６）
　本開示の他の態様による経路変更装置（１）は、前記経路の接続部の前後の法線加速度が緩やかに変化するように送り速度を調整する。
（付記７）
　本開示の一態様によるコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、制御用プログラム（２００）からブロックを順次読み込み、該ブロックにより指令を解析するプログラム解析部（１００）、連続する２つの移動指令が円弧指令を含む場合、それぞれの当該移動指令における曲率または曲率半径の違い、進行方向または法線方向の角度の違い、及び円弧中心位置の距離の少なくともいずれかを含む曲線化に係る基準値を検出し、該基準値に基づいて当該移動指令に係る経路の接続部における曲線化の要否を判断する曲線化判断部（１１０）、曲線化が必要された経路について、曲線化に係る前記基準値に基づいて、曲線化する前後の経路の最大乖離量であるトレランス及び曲線化する範囲の少なくともいずれかを含む曲線化パラメータを決定し、決定した前記曲線化パラメータに基づいて前記経路を曲線化する曲線化処理部（１２０）、としてコンピュータを機能させ、前記曲線化処理部（１２０）が決定する前記曲線化パラメータは、前記基準値が増加した場合に同じ値または増加する。
　　　１　経路変更装置
　　　３　産業機械
　　　４　産業機械
　　　５　ネットワーク
　　　６　フォグコンピュータ
　　　７　クラウドサーバ
　　１１　ＣＰＵ
　　１２　ＲＯＭ
　　１３　ＲＡＭ
　　１４　不揮発性メモリ
　　１５，１８，１９，２０　インタフェース
　　１６　ＰＬＣ
　　１７　Ｉ／Ｏユニット
　　２２　バス
　　３０　軸制御回路
　　４０　サーボアンプ
　　５０　サーボモータ
　　６０　スピンドル制御回路
　　６１　スピンドルアンプ
　　６２　スピンドルモータ
　　６３　ポジションコーダ
　　７０　表示装置
　　７１　入力装置
　　７２　外部機器
　１００　プログラム解析部
　１１０　曲線化判断部
　１２０　曲線化処理部
　１３０　補間部
　１４０　加減速部
　１５０　サーボ制御部
　２００　制御用プログラム

Claims (7)

  1. 　制御用プログラムからブロックを順次読み込み、該ブロックにより指令を解析するプログラム解析部と、
    　連続する２つの移動指令が円弧指令を含む場合、それぞれの当該移動指令における曲率または曲率半径の違い、進行方向または法線方向の角度の違い、及び円弧中心位置の距離の少なくともいずれかを含む曲線化に係る基準値を検出し、該基準値に基づいて当該移動指令に係る経路の接続部における曲線化の要否を判断する曲線化判断部と、
    　曲線化が必要された経路について、曲線化に係る前記基準値に基づいて、曲線化する前後の経路の最大乖離量であるトレランス及び曲線化する範囲の少なくともいずれかを含む曲線化パラメータを決定し、決定した前記曲線化パラメータに基づいて前記経路を曲線化する曲線化処理部と、
    を備え、
    　前記曲線化処理部が決定する前記曲線化パラメータは、前記基準値が増加した場合に同じ値または増加する、
    経路変更装置。
  2. 　前記曲線化判断部は、前記曲線化に係る基準値が０である場合、予め定めた所定の曲線化パラメータを用いて曲線化をすると判断する、
    請求項１に記載の経路変更装置。
  3. 　前記曲線化処理部は、予め定めた所定の基準半径の円に併せて前記移動指令に係る経路を拡大又は縮小し、該拡大又は縮小した経路を曲線化した上で、曲線化した経路を縮小又は拡大する、
    請求項１に記載の経路変更装置。
  4. 　前記曲線化処理部は、予め定めた所定のトレランス制限値を超えないように、拡大した前記経路を縮小してから経路の曲線化をする、
    請求項３に記載の経路変更装置。
  5. 　前記経路の接続部の前後の送り速度が単調に変化するように送り速度を調整する、
    請求項１に記載の経路変更装置。
  6. 　前記経路の接続部の前後の法線加速度が緩やかに変化するように送り速度を調整する、
    請求項１に記載の経路変更装置。
  7. 　　制御用プログラムからブロックを順次読み込み、該ブロックにより指令を解析するプログラム解析部、
    　連続する２つの移動指令が円弧指令を含む場合、それぞれの当該移動指令における曲率または曲率半径の違い、進行方向または法線方向の角度の違い、及び円弧中心位置の距離の少なくともいずれかを含む曲線化に係る基準値を検出し、該基準値に基づいて当該移動指令に係る経路の接続部における曲線化の要否を判断する曲線化判断部、
    　曲線化が必要された経路について、曲線化に係る前記基準値に基づいて、曲線化する前後の経路の最大乖離量であるトレランス及び曲線化する範囲の少なくともいずれかを含む曲線化パラメータを決定し、決定した前記曲線化パラメータに基づいて前記経路を曲線化する曲線化処理部、
    としてコンピュータを機能させ、
    　前記曲線化処理部が決定する前記曲線化パラメータは、前記基準値が増加した場合に同じ値または増加する、
    プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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