JP4362095B2

JP4362095B2 - 数値制御装置

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Publication number: JP4362095B2
Application number: JP2004241363A
Authority: JP
Inventors: 裕二永縄; 安司深谷; 義一市川; 守山下
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2004-08-20
Filing date: 2004-08-20
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2024-08-20
Also published as: DE102005037779A1; US20060041325A1; US7689300B2; JP2006059187A; DE102005037779B4

Description

本発明は、手動による軸移動操作に応じて工作機械の移動体を軸移動制御するための関数発生手段を有する数値制御装置において、手動操作時の機械衝突を回避する数値制御装置に関する。

周知の数値制御装置では、手動による軸移動操作が行われた場合、移動方向に応じて軸制御周期ごとに関数発生を行い、工作機械の移動体を軸移動制御している。従来、手動による軸移動操作時の機械衝突を回避するためには、予め移動可能な範囲を可変リミット位置として登録しておき、可変リミット位置を越えるような場合は、移動体が可変リミット位置に減速停止するように関数発生を終了する。

このような従来技術のブロック図を図６に示す。図６において、手動送りをする軸を選択するスイッチ、手動送りの方向を選択するスイッチ等から成る機械操作パネル１より入力されたスイッチの信号が入力制御手段２に送出され、入力制御手段２では、スイッチの信号をデコードして手動送りする軸、手動送りの方向のデータを生成し、手動操作指令として関数発生手段３に送出する。

関数発生手段３は、手動操作指令を受け取ると、工作機械の移動体を軸移動制御するために、軸制御周期毎に関数発生位置の算出を開始し、手動操作指令を受け取っている間はこの関数発生を継続し、手動操作指令が無くなったら移動体が減速停止するように関数発生を終了する。尚、関数発生位置を算出する際、予め、手動送り速度データ格納手段５により制御軸毎・制御周期毎の加減速単位量として設定・格納された手動送り速度データを参照して、所定の加速度、速度で移動体が軸移動するように関数発生位置を算出する。

また、可変リミット格納手段４には、制御軸毎の移動可能範囲として設定された可変リミット位置が格納されており、関数発生手段３は、移動体がこの可変リミット位置を越えるような手動操作指令の場合は、可変リミット位置に減速停止するように関数発生を終了する。算出した関数発生位置は軸制御周期ごとに駆動手段６に送出され、駆動手段６は関数発生位置を基に工作機械の移動体の駆動を行う。

従来の手動操作時の衝突回避の方法は、前述したように予め制御軸毎に移動可能な範囲を可変リミット位置として登録しておくため画一的なものになり、各制御軸の移動可能範囲内にある干渉物、例えば素材、治具、心押台などとの衝突は作業者が注意深く操作することにより人為的に回避しなければならないという課題がある。

また手動操作による工具と素材との干渉を自動的に回避する方法として、特許文献１では、周知の数値制御装置に干渉を予測する手段を付加する方法が開示されている。この外部に付加された干渉を予測する手段は、オペレータの手動操作に従って工具と素材との干渉の有無を確認し、干渉すると判断した場合は、数値制御装置に送り軸停止指令を発するものであるが、数値制御装置へ一方的に停止指令を発するのみであるため、オペレータの手動による軸移動操作に対して、干渉の有無を確認しながらきめ細かく軸移動を開始したり、再開したり、また、干渉を避けるためにきめ細かく、精度よく所望の位置に減速停止する事ができない。

本発明は、このような事情により成されたものであり、本発明の目的は、手動操作において、作業者の操作によらず、いかなる操作を行っても干渉物との衝突を安全、かつ確実に、精度よく回避できるように、きめ細かく軸移動制御を行う事を可能とした数値制御装置を提供することにある。

特開２０００−８４７９４

本発明は、手動による軸移動操作に応じて工作機械の移動体を軸移動制御するための関数発生を行う関数発生手段を有する数値制御装置において、前記移動体の形状データと前記移動体に干渉する可能性のある干渉物の形状データとを記憶する手段と、前記移動体の現在の位置から前記移動体の形状データを前記手動による軸移動操作の移動方向に一定距離離れた干渉位置に仮想的に移動させて前記干渉物の形状データとの干渉の有無を確認し、干渉無と確認した場合、更に前回の干渉チェック位置から前記移動体の形状データを前記移動方向に一定距離離れた次の干渉チェック位置に仮想的に移動させて干渉の有無を確認し、これを繰り返し、干渉有と確認した場合、干渉位置から移動方向と逆方向に所望の距離だけ離れた軸移動停止位置を算出する干渉チェック手段とを有し、前記関数発生手段は、前記干渉チェック手段による干渉確認と並行して、前記干渉チェック手段が干渉無と確認した干渉チェック位置に、前記手動による軸移動操作に応じた関数発生により前記移動体を軸移動制御し、干渉有と確認した場合、前記移動体を前記軸移動停止位置に停止するよう関数発生を終了することにより達成される。

また、前記干渉チェック手段が、前記移動体の現在の位置から、前記手動による軸移動操作の移動方向に一定距離離れた干渉チェックを行う位置を逐次算出する干渉チェック位置算出手段と、前記干渉チェック位置に前記移動体の形状データを移動させた場合、前記移動体の形状データと前記干渉物の形状データとが干渉するか確認する干渉有無確認手段と、前記干渉が有と確認された場合は、干渉位置を算出する干渉位置算出手段と、前記干渉位置から軸移動操作の移動方向と逆方向に所望の距離だけ離れた位置を軸移動停止位置として算出する軸移動停止位置算出手段とを備え、前記関数発生手段は、前記干渉有無確認手段が干渉チェック位置を干渉無と確認した後もしくは干渉有と確認し前記軸移動停止位置算出手段が軸移動停止位置を算出した後、前記移動体を軸移動操作の移動方向に移動するよう関数発生を開始し、前記干渉有無確認手段が干渉有と確認した場合に、前記移動体を前記軸移動停止位置に停止するよう関数発生を終了することにより達成される。

更に、前記干渉チェック手段が、前記手動による軸移動操作の移動方向が２軸以上で、かつ、前記移動体の形状データと前記干渉物の形状データとが干渉すると確認された場合、前記２軸以上の移動方向の内、前記軸移動停止位置から前記移動体の形状データと前記干渉物の形状データとが干渉しないで継続して移動可能な１軸を特定する継続移動可能軸特定手段と、前記特定した１軸方向に移動の結果、前記移動体の形状データと前記干渉物の形状データとが干渉しないで２軸以上の移動が可能になる位置を特定する２軸移動再開位置特定手段を備え、前記関数発生手段は、前記移動体を前記軸移動停止位置に停止するよう関数発生させた後、前記特定した継続して移動可能な１軸方向に前記２軸移動再開位置で停止するよう関数発生し、引き続いて手動による軸移動操作の２軸以上の移動方向に関数発生することにより達成される。

本発明によれば、手動操作で軸移動指令を行った際、移動体の移動を開始する前に形状モデルを使用した干渉チェックを行い、この干渉チェックの結果に従って、移動体を移動させるための関数発生を開始したり、再開したり、干渉位置に基づいて算出された停止位置に減速停止するように関数発生を終了させることができるため、作業者の操作によらず、いかなる操作を行っても干渉物との衝突を安全、かつ確実に、精度よく回避する数値制御装置が提供できる。

また、２方向以上の軸移動操作を行った場合については、衝突回避のために一旦停止した後も、干渉が発生しない方向には軸移動を再開し、また、２方向上の軸移動を行っても干渉が発生しない位置に到達したら、２方向以上の軸移動を再開することができるため、衝突を自動回避して動作を継続する数値制御装置を提供することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明に係る手動操作時の衝突回避機能を有する数値制御装置の構成の一例を示すブロック図であり、符号１、２、４、５、６については図６と同一機能であり、説明を省略する。

三次元データ格納手段７には、工作機械の移動体の軸移動に伴い干渉が発生しうる素材、治具、工具、工作機械要素などの三次元データが登録・格納されている。尚、これらの内、手動による軸移動操作で移動する移動体とこの移動で干渉する可能性がある干渉物とが何であるかは、工作機械の構成により異なり、以降の実施例説明で限定されるものでは無い。

干渉チェック位置算出手段８は、入力制御手段２から手動操作指令を受け取る。干渉チェック位置算出手段８は、移動体の三次元データと干渉物の三次元データとを用いた干渉の有無を確認できるように、受け取った手動送り軸と手動送りの方向に従って、移動体の現在位置から、例えば、一定距離加算した位置を干渉チェック位置として逐次算出する。

干渉有無確認手段９は、移動体の三次元データをこの干渉チェック位置に逐次移動させ、干渉物の三次元データとの三次元空間上の重なりの有無をチェックし、重なりがある場合は、干渉有と確認し、重なりが無い場合は、干渉無と確認する。今回干渉有と確認された場合、干渉位置算出手段１０は、前回干渉無と確認された干渉チェック位置から今回干渉有と確認された干渉チェック位置までの移動過程で、移動体が干渉物と干渉し始める位置を干渉位置として算出する。尚、前記干渉チェック位置算出手段８が干渉チェック位置を算出する際に用いる一定距離を短くすることにより、今回干渉有と確認した干渉チェック位置をそのまま干渉位置と扱うことも可能になるが、これは、本発明を実施する際の設計者の単なる設計選択事項である事は言うまでも無い。

軸移動停止位置算出手段１１は、干渉位置算出手段１０が算出した干渉位置から前回干渉無と確認された干渉チェック位置方向へ所望の距離だけ離れた位置を、移動体を干渉発生前に減速停止させる軸移動停止位置として算出する。尚、この所望の距離は、三次元データの精度や本発明で実現する数値制御装置の用途に応じて適宜決めれば良く、オペレータが設定できるデータとしても良い。

関数発生手段３Aは、従来技術の図６で説明したように、手動操作指令に従って工作機械の移動体を軸移動制御するために、軸制御周期毎に関数発生位置を算出するものであるが、さらに、本発明では、以下のように動作する。

まず、この関数発生手段３Aは、移動体の移動で干渉が発生しない事が確認された後に関数発生を開始する。前記の通り、干渉有無確認手段９は、干渉チェック位置に基づいて干渉有無を確認しているので、この干渉無と確認された干渉チェック位置を常時監視し、移動体の現在位置と比較することにより、干渉発生せずに安全に移動できる距離が確保されるのを待って関数発生を開始することができる。

また、関数発生手段３Aは、その関数発生中に、ある時点で干渉有無確認手段9が干渉有を確認し、干渉位置算出手段１０を経て軸移動停止位置算出手段１１が算出した軸移動停止位置を受け取ると、この軸移動停止位置に減速停止するように関数発生を終了する。これは、関数発生手段３Aが前記の通り干渉が発生せずに安全に移動できる距離が確保された時点で関数発生を開始し、さらに、安全距離が確保されている事を常時監視しながら関数発生を行う事により、受け取った軸移動停止位置に確実に減速停止させることができる。尚、軸移動停止位置への減速停止は、従来技術である可変リミット位置への減速停止と同等な方法で実現できる。また、干渉が発生せずに安全に移動できる距離とは、本発明の実施時に適宜決めれば良いデータであり、例えば、移動体の移動開始時点で用いるデータは、加速と減速停止に必要な距離とし、移動体が移動を開始した後は、移動体の移動速度から減速停止までに必要な距離にするのが好適である。

また、関数発生手段３Aの別の動作としては、干渉が発生せずに安全に移動できる距離が確保されるのを待って関数発生を開始するのではなく、干渉有無確認手段9が干渉有を確認し、干渉位置算出手段１０を経て軸移動停止位置算出手段１１が算出した軸移動停止位置を受け取った時点で関数発生を開始しても良い。すなわち、手動による軸移動操作で手動送りする軸、手動送りの方向に従って、どの位置まで移動可能かを認識した時点で関数発生を開始する事になる。

また、移動体を減速停止する際に、関数発生手段3Aにて減速停止のための関数発生を行う必要が無い数値制御装置においては、前述したように、干渉が発生せずに安全に移動できる距離が確保されたことを確認してから関数発生を開始したり、軸移動停止位置を確認してから関数発生を開始する必要は無く、逐次干渉無と確認された干渉チェック位置を使用して関数発生を行えばよい。

尚、これらの関数発生手段３Aは、移動体を軸移動停止位置に停止させるように関数発生を終了することと、従来の可変リミット位置に停止させるように関数発生を終了することとの両者を併用しても良い。この場合、軸移動停止位置を優先させるか、従来の可変リミット位置を優先させるか、あるいは、オペレータが優先選択操作できるようにするかは、本発明を実施する際の設計者の単なる設計選択事項である事は言うまでも無い。

また、本実施例の説明は直線軸にて行ったが、直線軸に限定されるものではなく、移動体を回転させる回転軸でも同様であり、旋盤において工具を装着した刃物台の旋回や、マシニングセンタにおいて、主軸に装着された工具とマガジンポットの工具との交換をつかさどる工具交換アームの旋回にも適用可能である事は言うまでも無い。

次に図２を用いて旋盤を例に、干渉チェック位置算出手段８、干渉有無確認手段９、干渉位置算出手段１０、軸移動停止位置算出手段１１の動作を具体的に説明する。図２において、工具Ｔが移動体の三次元データ、素材ＷとチャックＣは、工具Ｔが移動する事によって干渉が発生する可能性のある干渉物の三次元データを示す。

ここで、手動送りスイッチＦが押下されると、干渉チェック位置算出手段８は、現在位置Ｐ１から、一定距離ＬＤを加算することにより、逐次、干渉チェック位置Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、・・・を算出する。干渉有無確認手段９は、逐次干渉チェック位置Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、・・・を受け取り、工具Ｔの三次元データを移動させ、素材Ｗ、チャックＣの三次元データとの三次元空間上の重なりの有無を確認する。干渉チェック位置Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４に関しては、三次元空間上の重なりが無いため、干渉無と確認するが、干渉チェック位置Ｐ５に関しては、重なりが存在すため、干渉有と確認する。

干渉位置算出手段１０は、干渉無と確認された前回の干渉チェック位置Ｐ４と干渉有と確認された今回の干渉チェック位置Ｐ５とから、工具Ｔが素材Ｗと干渉を始める位置を干渉位置ＰＣとして算出する。軸移動停止位置算出手段１１は、干渉位置ＰＣから干渉無と確認された前回の干渉チェック位置Ｐ４方向へ所望の距離ＬＣだけ離れた位置を軸移動停止位置ＰＳとして算出する。

以上のように算出された干渉チェック位置や干渉有無、軸移動停止位置に従って、関数発生手段３Ａは動作する事になる。即ち、関数発生手段３Ａは、干渉無と確認された前回の干渉チェック位置Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を監視し、関数発生を実行していき、軸移動停止位置ＰＳを受け取ると、この軸移動停止位置ＰＳに減速停止するように関数発生を終了する。この場合、関数発生手段３Ａは、軸移動停止位置ＰＳを受け取ってから関数発生を開始し、軸移動停止位置ＰＳに減速停止するように関数発生を終了するようにしてもよい。

また、一定距離ＬＤが大きく、例えば、ＬＤが図示された長さの４倍の場合、干渉チェック位置算出手段８は、現在位置Ｐ１から（ＬＤ×４）の距離を加算することにより、干渉チェック位置Ｐ５を算出する。干渉有無確認手段９は、干渉チェック位置Ｐ５において工具Ｔと素材Ｗが干渉有と確認する。

干渉位置算出手段１０は、現在位置Ｐ１と干渉有と確認された干渉チェック位置Ｐ５とから、工具Ｔが素材Ｗと干渉を始める位置を干渉位置ＰＣとして算出する。軸移動停止位置算出手段１１は、干渉位置ＰＣから現在位置Ｐ１方向へ所望の距離ＬＣだけ離れた位置を軸移動停止位置ＰＳとして算出する。

関数発生手段３Ａは、軸移動停止位置ＰＳを受け取ると、現在位置Ｐ１から手動送りスイッチＦにより指示されたＸ軸マイナス方向へ関数発生を開始し、軸移動停止位置ＰＳに減速停止するように関数発生を終了する。

図３は、さらなる本発明に係る手動操作時の衝突回避機能を有する数値制御装置の構成の一例を示すブロック図であり、１〜１１については図１と同一機能であり、説明を省略する。

図４に示すように、手動送りスイッチＦとＧとが同時に押下されると、工具Ｔの移動方向が２軸移動になり、軸移動停止位置算出手段１１は、軸移動停止位置ＰＳを算出し、関数発生手段３Ａは移動体である工具ＴをＰＳで減速停止させる。

ここで、図３の継続移動可能軸特定手段１２は、２軸の内のまず１軸に関して、干渉せずに継続して軸移動が可能かどうかを判定し、継続して移動が可能な場合は、関数発生手段３Ａと２軸移動再開位置特定手段１３とに継続移動可能な軸と移動方向を通知する。継続して移動が不可の場合は、残りの１軸に関して、同様に、干渉せずに継続して軸移動が可能かどうかを判定し、継続して移動が可能な場合は、関数発生手段３Ａと２軸移動再開位置特定手段１３とに継続移動可能な軸と移動方向を通知する。

尚、干渉せずに継続して軸移動が可能かどうかは、既に説明した通り、移動体の三次元データを所望の軸、所望の方向に移動させて、干渉物の三次元データとの三次元空間上の重なりの有無を確認する事により判定できる。

図４で説明すると、軸移動停止位置ＰＳからＺ軸マイナス方向ＺＭに工具Ｔの三次元データを移動させると素材Ｗの三次元データと干渉有と確認でき、Ｘ軸マイナス方向ＸＭに工具Ｔの三次元データを移動させると干渉無と確認でき、継続移動可能な軸と移動方向はＸ軸マイナスとなる。

２軸移動再開位置特定手段１３は、継続移動可能な軸と移動方向とから、図５のフローチャートに示すステップで、移動体の２軸移動が再開できる位置を算出する。
Ｓ１：移動体の現在位置を前回の判定位置とする。
Ｓ２：前回の判定位置に対して、継続移動可能な軸の移動方向に一定距離加算した位置を２軸移動再開候補位置として算出する。
Ｓ３：２軸移動再開候補位置に対して、手動送りスイッチＦとＧにより指示された２軸移動の方向に一定距離加算した位置を２軸移動干渉チェック位置として算出する。
Ｓ４：２軸移動干渉チェック位置に移動体の三次元データを移動させる。
Ｓ５：移動させた移動体の三次元データと干渉物の三次元データとの三次元空間上の重なりの有無を確認し、２軸の方向に干渉せずに移動可能かどうかを判定する。
Ｓ６：各三次元データの重なりがない場合は２軸方向に移動可能な場合であり、Ｓ２で算出した２軸移動再開候補位置を２軸移動再開位置として関数発生手段３Ａに送出して、終了する。
Ｓ７：各三次元データの重なりがある場合は２軸方向に移動不可の場合であり、Ｓ２で算出した２軸移動再開候補位置を前回の判定位置として、ステップ２へ戻る。
以上のようなステップで２軸移動再開位置特定手段１３が算出した２軸移動再開位置は関数発生手段３Ａに通知される。

図４で説明すると、軸移動停止位置ＰＳからＸ軸マイナス方向に逐次一定距離加算した位置ＰＡ、ＰＢが２軸移動再開候補位置となり、このＰＡ、ＰＢに対して、手動送りスイッチＦとＧにより指示された２軸移動の方向に一定距離加算した位置ＰＡＣ、ＰＢＣが２軸移動干渉チェック位置となる。ここで、移動体である工具の三次元データをＰＡＣ、ＰＢＣに移動させ、干渉物である素材Ｗの三次元データとの重なりを確認すると、ＰＢＣでは重なりが発生しないため、ＰＢＣに対応する２軸移動再開候補位置ＰＢが２軸移動再開位置となり、関数発生手段３Ａに通知されることになる。

関数発生手段３Ａは、工具ＴをＰＳで減速停止させた後、継続移動可能軸特定手段１２から受け取った継続移動可能な軸と移動方向であるＸ軸マイナス方向に工具Ｔを移動させるべく、１軸の関数発生を開始し、２軸移動再開位置特定手段１３から受け取った２軸移動再開位置ＰＢで減速停止するように関数発生を終了する。以降は、２軸移動が可能な状態となるので、関数発生手段３Ａは干渉チェック位置や軸移動停止位置に従って、移動体の移動開始、移動、減速停止のための関数発生を行う。

尚、本実施例の説明では、関数発生手段３Ａは、２軸移動再開位置が算出された後に、干渉が発生せずに移動可能な１軸移動の関数発生を開始する説明を行ったが、２軸移動再開位置の算出を待たずに、干渉発生せずに安全に移動できる距離が確保された時点で１軸移動の関数発生を開始したり、あるいは、減速停止の関数発生が必要無い場合は、干渉発生しない軸と移動方向が特定された時点で関数発生を再開しても良いことは言うまでも無い。

また、本実施例の説明では、２軸の場合を説明したが、３軸以上の場合も同様な方法で実現できる事は言うまでも無い。更に、本実施例では、移動体及び干渉物の形状データを三次元データとして説明したが、二次元データによりそれらの形状を表現し、二次元データにより干渉の有無を確認するようにしても良い。

本発明の第１実施例に係る数値制御装置の一実施例を示すブロック図である。本発明の第１実施例に係る旋盤での具体的な動作を説明する図である。本発明の第２実施例に係る数値制御装置の一実施例を示すブロック図である。本発明の第２実施例に係る旋盤での具体的な動作を説明する図である。本発明の第２実施例における２軸移動再開位置特定手段の一例を示すフローチャートである。従来技術に係る数値制御装置の一実施例を示すブロック図である。

符号の説明

１機械操作パネル
２入力制御手段
３、３Ａ、３Ｂ関数発生手段
４可変リミット格納手段
５手動送り速度データ格納手段
６駆動手段
７三次元データ格納手段
８干渉チェック位置算出手段
９干渉有無確認手段
１０干渉位置算出手段
１１軸移動停止位置算出手段
１２継続移動可能軸特定手段
１３２軸移動再開位置特定手段

Claims

手動による軸移動操作に応じて工作機械の移動体を軸移動制御するための関数発生を行う関数発生手段を有する数値制御装置において、
前記移動体の形状データと前記移動体に干渉する可能性のある干渉物の形状データとを記憶する手段と、
前記移動体の現在の位置から前記移動体の形状データを前記手動による軸移動操作の移動方向に一定距離離れた干渉チェック位置に仮想的に移動させて前記干渉物の形状データとの干渉の有無を確認し、干渉無と確認した場合、更に前回の干渉チェック位置から前記移動体の形状データを前記移動方向に一定距離離れた次の干渉チェック位置に仮想的に移動させて干渉の有無を確認し、これを繰り返し、干渉有と確認した場合、干渉位置から移動方向と逆方向に所望の距離だけ離れた軸移動停止位置を算出する干渉チェック手段とを有し、
前記関数発生手段は、前記干渉チェック手段による干渉確認と並行して、前記干渉チェック手段が干渉無と確認した干渉チェック位置に、前記手動による軸移動操作に応じた関数発生により前記移動体を軸移動制御し、干渉有と確認した場合、前記移動体を前記軸移動停止位置に停止するよう関数発生を終了する
ことを特徴とする数値制御装置。
前記干渉チェック手段は、
前記手動による軸移動操作の移動方向が２軸以上で、かつ、前記移動体の形状データと前記干渉物の形状データとが干渉すると確認された場合、前記２軸以上の移動方向の内、前記軸移動停止位置から前記移動体の形状データと前記干渉物の形状データとが干渉しないで継続して移動可能な１軸を特定する継続移動可能軸特定手段と、
前記特定した１軸方向に移動の結果、前記移動体の形状データと前記干渉物の形状データとが干渉しないで２軸以上の移動が可能になる位置を特定する２軸移動再開位置特定手段を備え、
前記関数発生手段は、前記移動体を前記軸移動停止位置に停止するよう関数発生させた後、前記特定した継続して移動可能な１軸方向に前記２軸移動再開位置で停止するよう関数発生し、引き続いて手動による軸移動操作の２軸以上の移動方向に関数発生する
ことを特徴とする請求項１記載の数値制御装置。