JPH02219107A - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は数値制御装置に関するものであり、特に、可
動部の曲線軌跡の曲線補間動作を曲率に応じて適宜制御
できる数値制御装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、数値制御装置においては、空間上の自由曲線を移
動経路として制御する場合に、その曲線を微小区間に分
割して微小線分データとし、この線分データを用いて移
動経路を補関し制御する方法が一般的に採られている。

例えば、第４図は特公昭６３−３３１６７号公報に示さ
れている従来の数値制御装置の要部構成を示すブロック
図である。また、第５図は従来の数値制御装置の曲線軌
道補間処理による移動点の軌道を示す軌跡図である。

第４図及び第５図において、（１）は曲線経路上の任意
の点を結ぶ区間にの線分データＸｋ　　（ｋ＝１、２，
・・・、ｎ−１）及び最高速度指令値ＦＯを入力する指
令入力部、（２）は指令入力部（１）に入力した線分デ
ータＸｋ　　（ｋ＝１、２，・、ｎ−１）及び速度指令
値ＦＯにより曲線補間用の演算を行なう曲線補間計算部
、また、（３）は曲線補間計算部（２）で算出した座標
データＰｘ（ｔ）により制御されるＸ軸サーボ系（３ａ
）と座標データＰＹ　　（ｔ）により制御されるＹ軸サ
ーボ系（３ｂ）とで構成されているサーボ駆動部である
。

従来の曲線補間を行なう数値制御装置の要部構成は上記
のようになっており、所望の曲線加工を行なうために、
図示しない可動部の移動軌跡を複数の目標点Ｐ１、Ｐ２
．・・・Ｐｎを順次通る曲線近似経路とし、この経路上
の任意の点ＰｋとＰｋ＋１を結ぶ区間にの線分データＸ
ｋ　　（ｋ＝１、２，・・・ｎ−１）及び最高速度指令
値ＦＯから可動部の移動座標データＰ（ｔ）を順次演算
し、サーボ駆動部（３）を適宜制御して可動部の移動経
路の制御である曲線補間動作を行なっている。なお、第
４図では平面加工による二次元制御の場合を示しており
、空間加工の場合にはサーボ駆動部（３）としてＺ軸サ
ーボ系が追加されて三次元制御が行なわれる。

ここで、第５図を用いて従来の数値制御装置による曲線
補間動作について説明する。

ＸＹ平面内の移動経路の指令値として、複数の目標点Ｐ
１、Ｐ２．・・・Ｐｎを順次結ぶ各微小線分の線分デー
タＸｉ、Ｘ２．・・・Ｘｎと最高速度指令値ＦＯが与え
られる。指令入力部（１）は微小線分データＸｋ　　（
ｋ＝１、２，・・・ｎ−１）と最高速度指令値ＦＯを順
次入力して曲線補間計算部（２）に送る。

曲線補間計算部（２）は入力された各データに基づき、
複数の目標点ＰＩ、Ｐ２．・・・Ｐｎを通る経路計算を
行ない、この経路（点線）上を速度ＦＯで移動する移動
点ｐ　（ｔ）の座標を一定の微小なサンプリング周期Δ
Ｔ毎に、例えば、スプライン関数計算等を用いて補間演
算し順次出力する。このようにして求めた時々刻々の移
動点ｐ　（ｇの座標データはサーボ駆動部（３）のＸ軸
サーボ系（３ａ）及びＹ軸サーボ系（３ｂ）のサーボ駆
動部（３）にＰｘ（ｔ）及びｐｙ（ｔ）として送られ、
各軸のサーボモータ（図示せず）を駆動して可動部の位
置を適宜制御することにより曲線経路補間を行なってい
る。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来の数値制御装置では、可動部の移動経
路の指令として経路の線分データと速度指令値をプログ
ラムデータとして与える必要があった。また、曲線経路
を上記のような一定の速度ＦＯで移動する場合には、一
般的に、その曲線の法線方向に遠心力が作用し、その遠
心力の大きさに応じてサーボ駆動される可動部に位置誤
差が生じ、移動経路の軌跡誤差を誘発していた。

したがって、従来の数値制御装置では複雑な曲線軌跡を
高速度に、しかも高精度に経路制御するためには、要求
される精度を考慮して遠心力による法線方向の加速度が
一定値以下となるように曲線の曲率に応じて最適な速度
指令値ＦｋＯをきめ細かく与える必要があった。

しかし、曲線経路を構成する大量の微小線分の各区間毎
の最適な速度ＦｋＯを予め求め、プログラムデータとし
て与えるには手間がかかり、データ量も増大し入力処理
に時間がかかるために、これらの改善が望まれていた。

そこで、この発明は微小線分で与えられる曲線経路の法
線加速度が要求される精度に応じて常に一定値以下とな
るような移動速度を演算し、この移動速度を用いて可動
部の移動位置を適宜制御する曲線経路補間が可能な数値
制御装置の提供を課題とするものである。

［課題を解決するための手段］ この発明にかかる数値制御装置は、所望の曲線加工軌道
を得るために可動部の移動軌跡を複数の目標点Ｐ１、Ｐ
２．・・・、Ｐｎを順次通る曲線近似経路とし、この経
路上の任意の点ＰｋとＰｋ＋１を結ぶ区間にの線分デー
タＸｋ　　（ｋ＝１．２．・、ｎ−１）及び最高速度指
令値ＦＯを入力する指令入力部（１）と、前記指令入力
部（１）に入力した区間にとその近傍の区間の線分デー
タ・・・、　Ｘｋ−１、Ｘｋ　。

Ｘｋ＋１．・・・及び最高速度指令値ＦＯにより区間に
の移動点の速度が当該区間の曲率に応じて定まる許容法
線加速度以下となる移動速度Ｆを算出する速度計算部（
１０）と、前記速度計算部（１０）で算出した移動速度
Ｆ及び前記指令入力部（１）に入力した区間にの線分デ
ータＸｋ　　（ｋ＝１、２，・・・。

ｎ−１）により可動部の移動点Ｐ　（ｔ）の座標データ
を順次演算する曲線補間計算部（２）と、前記曲線補間
計算部（２）から送られる座標データにより可動部の移
動位置を順次制御するサーボ駆動部（３）とを具備する
ものである。

［作用］ この発明の数値制御装置においては、移動軌跡を複数の
目標点ＰＩ、Ｐ２．・・・、Ｐｎを順次通る経路とし、
この経路上の任意の点ＰｋとＰｋ＋１を結ぶ区間にの線
分データＸｋ　　（ｋ＝１、２，・・・、ｎ−１）及び
最高速度指令値ＦＯを入力することで、区間にとその近
傍の区間の線分データ・・・、　Ｘｋ−１、Ｘｋ　。

Ｘｋ＋１．・・・及び最高速度指令値ＦＯから区間にの
移動点の速度が当該区間の曲率に応じて定まる許容法線
加速度以下となる移動速度Ｆが求まり、この移動速度Ｆ
及び区間にの線分データＸｋ　　（ｋ−１゜２、・・・
、ｎ−１）により可動部の移動点Ｐ　（ｔ）の座標デー
タを演算して可動部の移動位置を順次制御するものだか
ら、移動経路の各区間について各々当該区間を含む近傍
区間の線分データから経路方向の変化量が順次求まり、
この経路方向の変化に伴う法線加速度が許容値を満足す
るような移動速度で、要求される精度に応じた高速度で
且つ高精度の曲線経路補間ができる。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例である数値制御装置の要部
構成を示すブロック図である。なお、図中、（１）から
（３）は上記従来例の構成部分と同一または相当する構
成部分であるから、ここでは重複する説明を省略する。

第１図において、（１０）は指令入力部（１）から送ら
れる微小線分データＸｋ及び最高速度指令値ＦＯにより
移動経路の各区間の移動速度Ｆを算出する速度計算部で
ある。この移動速度Ｆは区間にの移動点の速度が当該区
間の曲率に応じて定まる許容法線加速度以下の速度であ
り、指令入力部（１）から送られる区間にとその近傍の
区間の線分データ・・・　Ｘｋ−１、Ｘｋ　、　Ｘｋ＋
１　、・・・及び最高速度指令値ＦＯにより区間に毎に
順次算出される。曲線補間計算部（２）は速度計算部（
１０）の出力する移動速度Ｆと指令入力部（１）から送
られてくる微小線分データＸｋを用いて可動部の移動点
Ｐ　（ｔ）の座標データを順次演算する。そして、この
曲線補間計算部（２）から送られる座標データによりサ
ーボ駆動部（３）は可動部の移動位置を順次制御する。

ここで、第２図を用いてこの実施例の数値制御装置によ
る曲線補間動作について説明する。第２図はこの発明の
実施例の数値制御装置の一つの速度計算部を用いた軌道
補間処理による移動点の軌道を示す軌跡図である。

第２図において、経路の区間ｋ及び区間に＋１における
線分データに移動方向をつけた線分ベクトルを各々Ｘｋ
及びＸｋ＋１とすれば、各々の単位線分ベクトルは次式
となる。

そして、区間にの移動速度をＦｋとし、近似的にこの区
間で経路の移動方向がｘｋからｘｋ＋１に変化するもの
とすれば、この間の速度ベクトル変化ΔＦは次式となる
。

ΔＦ＝Ｆｋ　　（ｘｋ＋１−ｘｋ）−”・（２）式した
がって、この区間の移動時間をΔｔとすれば、方向変化
に伴う平均法線加速度αは次式となる。

α−ＩＦＩ／Δｔ ＝（Ｆｋ／Δｔ）　　ｌ　ｘｋ＋ｌ　　−ｘｋ（３）式 また、区間にの経路の長さをＩＸｋｌで近似すれば、移
動時間Δｔは次式となる。

Ｊ　ｔ　−Ｉ　Ｘｋ　Ｉ　／Ｆｋ　　　　・・・・−（
４）式そこで、これらの結果を整理すれば、 ・・・・・・（５）式 ％式％ この結果、要求される軌跡精度に基づく経路の法線加速
度αの許容値が定まるため、前記（５）式から経路の各
区間の許容速度Ｆｋが計算できる。

一方、経路の最高速度指令値ＦＯが与えられているため
、この両者を満す区間にの移動速度Ｆは経路の最高速度
指令値ＦＯと経路の各区間の許容速度Ｆｋの小さい方を
とって次式のように決定される。

Ｆ−ｍ　Ｅ　ｎ、　（ＦＯ、Ｆｋ　）　　・・・・・・
（６）式このように、この実施例の数値制御装置では、
移動軌跡を複数の目標点Ｐ１、Ｐ２．・・・　Ｐｎを順
次通る経路とし、この経路上の任意の点ＰｋとＰｋ＋１
を結ぶ区間にの線分データＸｋ　　（ｋ＝１、２，・・
・、ｎ−１）及び最高速度指令値ＦＯを指令入力部（１
）に入力し、区間にとその近傍の区間の線分データ・・
・、　Ｘｋ−１、Ｘｋ　、　Ｘｋ＋１　、・・・及び最
高速度指令値ＦＯにより速度計算部（１０）が区間にの
移動点の速度として当該区間の曲率に応じて定まる許容
法線加速度以下の移動速度Ｆを上記（１）式から上記（
６）式を用いて算出し、この移動速度Ｆ及び区間にの線
分データＸｋ　　（ｋ＝１．２．・、ｎ−１）により、
曲線補間計算部（２）が可動部の移動点Ｐ　（ｔ）の座
標データを順次演算し、この各座標データによりサーボ
駆動部（３）が可動部の移動位置を順次制御する。

したがって、移動経路の各区間について各々当該区間を
含む近傍区間の線分データから経路方向の変化量が順次
求まり、この経路方向の変化に伴う法線加速度が許容値
を満足するような移動速度で要求される精度に応じて高
速度で且つ高精度の曲線経路補間ができる。このため、
複雑な曲線軌跡を高速度に、しかも高精度で経路制御す
る場合にも、従来のように曲線経路を構成する大量の微
小線分の各区間毎の最適な速度を予め求め、プログラム
データとして与える必要もないので、プログラムデータ
の作成が容易になり、データ量も抑制でき入力処理が容
易になり、最適速度による可動部の迅速な移動制御が可
能になる。

つぎに、この数値制御装置の他の実施例について説明す
る。第３図はこの発明の数値制御装置の他の実施例の速
度計算部を用いた軌道補間処理による移動点の軌道を示
す軌跡図である。

第３図において、曲線経路上の任意の点Ｐｋ及びＰｋ＋
１における接線ベクトルを各々Ｑｋ及びＱｋ＋１とすれ
ば、各々の単位ベクトルは次式となる。

そして、この単位接線ベクトルｑｋ及びｑ　ｋ＋１を上
記実施例の単位線分ベクトルｘｋ及びｘｋ＋１の代りに
使用すれば、上記（５）式は次式となる。

・・・・・・（８）式 したがって、この計算式から更に精度のよい結果を得る
ことができる。

なお、接線ベクトルＱｋ及びＱｋ＋１の算出方法は特願
昭６３−０８２２１４号に記載されており、公知である
。この方法は目標点Ｐ１、、Ｐ２．・・・Ｐｎの各位置
ベクトルから求めた経路の各区間の線分データである各
弦のベクトルから近似接線ベクトルを算出する方法であ
る。したがって、この方法によれば、経路の区間ｋ及び
その近傍の区間に＝１、に＋１．・・・等の線分データ
を用いて近似的に接線ベクトルＱｋ及びＱ　ｋ＋１が容
易に求まる。

このように、この実施例においても上記実施例と同様に
、移動経路上の任意の点ＰｋとＰｋ＋１を結ぶ区間にの
線分データＸｋ　　（ｋ＝１、２，・・・、ｎ−１）及
び最高速度指令値ＦＯを指令入力部（１）に入力するこ
とにより、速度計算部（１０）が区間にの移動点の速度
が当該区間の曲率に応じて定まる許容法線加速度以下の
移動速度Ｆを上記（１）式から上記（８）式を用いて算
出して、この移動速度Ｆ及び区間にの線分データＸｋ　
　（ｋ＝１，２．−、ｎ−１）により、曲線補間計算部
（２）が可動部の移動点ｐ　（ｔ）の座標データを順次
演算し、この各座標データによりサーボ駆動部（３）が
可動部の移動位置を順次制御できる。

したがって、上記実施例と同様に、移動経路の各区間に
ついて各々当該区間を含む近傍区間の線分データから経
路方向の変化量が順次求まり、この経路方向の変化に伴
う法線加速度が許容値を満足するような移動速度で要求
される精度に応じて高速度で且つ高精度の曲線経路補間
ができ、最適速度による可動部の迅速な移動制御が可能
になる。

加えて、この実施例では経路の区間ｋ及びその近傍の区
間に一１１区間に＋１．・・・等の線分データを用いて
接線ベクトルＱｋ及びＱｋ＋１が容易に求まるから、複
雑な曲線軌跡であってもより高速度で演算処理ができる
。

ところで、上記実施例では説明の関係で平面加工による
二次元制御の場合について述べたが、空間加工による三
次元制御の場合にも当然応用できる。なお、三次元制御
の場合には、サーボ駆動部（３）にはＺ軸サーボ系が追
加され、曲線補間計算部（２）からサーボ駆動部（３）
のＺ軸サーボ系には座標データＰ　Ｚ（ｔ）が送られる
。

［発明の効果］ 以上説明したとおり、この発明の数値制御装置は、移動
軌跡を複数の目標点Ｐｉ、Ｐ２．・・・Ｐｎを順次通る
経路とし、この経路上の任意の点ＰｋとＰｋ＋１を結ぶ
区間にの線分データＸｋ　　（ｋ−■、２．・・・、ｎ
−１）及び最高速度指令値ＦＯを入力することで、区間
にとその近傍の区間の線分データ・・・Ｘｋ−１、Ｘｋ
　、　Ｘｋ＋１　、・・・及び最高速度指令値ＦＯから
区間にの移動点の速度が当該区間の曲率に応じて定まる
許容法線加速度以下となる移動速度Ｆが求まり、この移
動速度Ｆ及び区間にの線分データＸｋ　　（ｋ＝１、２
，・、ｎ−１）により可動部の移動点ｐ　（ｔ）の座標
データを演算して可動部の移動位置を順次制御すること
により、移動経路の各区間について各々当該区間を含む
近傍区間の線分データから経路方向の変化量が順次求ま
り、この経路方向の変化に伴う法線加速度が許容値を満
足するような移動速度で、要求される精度に応じた高速
度で且つ高精度の曲線経路補間ができるので、最適速度
による可動部の迅速な移動制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例である数値制御装置の要部
構成を示すブロック図、第２図はこの発明の実施例の数
値制御装置の一つの速度計算部を用いた軌道補間処理に
よる移動点の軌道を示す軌跡図、第３図はこの発明の数
値制御装置の他の実施例の速度計算部を用いた軌道補間
処理による移動点の軌道を示す軌跡図、第４図は従来の
数値制御装置の要部構成を示すブロック図、第５図は従
来の数値制御装置の軌道補間処理による移動点の軌道を
示す軌跡図である。 図において、 に指令入力部　　　　２：曲線補間計算部３：サーボ駆
動部　　１０：速度計算部である。 なお、図中、同−符号及び同一記号は同一または相当部
分を示すものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 所望の曲線加工軌道を得るために可動部の移動軌跡を複
   数の目標点Ｐ１、Ｐ２、・・・、Ｐｎを順次通る曲線近
   似経路とし、この経路上の任意の点ＰｋとＰｋ＋１を結
   ぶ区間ｋの線分データＸｋ（ｋ＝１、２、・・・、ｎ−
   １）及び最高速度指令値Ｆ０を入力する指令入力部と、 前記指令入力部に入力した区間ｋとその近傍の区間の線
   分データ・・・、Ｘｋ−１、Ｘｋ、Ｘｋ＋１、・・・及
   び最高速度指令値Ｆ０により区間ｋの移動点の速度が当
   該区間の曲率に応じて定まる許容法線加速度以下となる
   移動速度Ｆを算出する速度計算部と、 前記速度計算部で算出した移動速度Ｆ及び前記指令入力
   部に入力した区間にの線分データＸｋ（ｋ＝１、２、・
   ・・、ｎ−１）により可動部の移動点Ｐ（ｔ）の座標デ
   ータを順次演算する曲線補間計算部と、前記曲線補間計
   算部から送られる座標データにより可動部の移動位置を
   順次制御するサーボ駆動部と を具備することを特徴とする数値制御装置。