JPH05111849A - 衝突検知装置 - Google Patents
衝突検知装置Info
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- JPH05111849A JPH05111849A JP27751891A JP27751891A JPH05111849A JP H05111849 A JPH05111849 A JP H05111849A JP 27751891 A JP27751891 A JP 27751891A JP 27751891 A JP27751891 A JP 27751891A JP H05111849 A JPH05111849 A JP H05111849A
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 11
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 abstract description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 例えばＮＣ工作機械の工具とワーク等との衝
突を簡単な演算にて検知する装置を提供する。 【構成】 ワーク形状データ記憶手段６にて形状データ
を読み込み、工具形状近似データ記憶手段７にて工具を
多数の球で近似し、工具位置姿勢演算手段８にてＮＣデ
ータを細分割して工具位置姿勢を求め、各球表面高さ演
算手段９でｘｙ平面上での各メッシュの球面高さを求
め、衝突切削判定手段１０にてワーク高さと球面高さを
比較して切削か衝突かを判定し、切削ではワーク形状更
新を行ない、衝突では衝突信号を出す。
突を簡単な演算にて検知する装置を提供する。 【構成】 ワーク形状データ記憶手段６にて形状データ
を読み込み、工具形状近似データ記憶手段７にて工具を
多数の球で近似し、工具位置姿勢演算手段８にてＮＣデ
ータを細分割して工具位置姿勢を求め、各球表面高さ演
算手段９でｘｙ平面上での各メッシュの球面高さを求
め、衝突切削判定手段１０にてワーク高さと球面高さを
比較して切削か衝突かを判定し、切削ではワーク形状更
新を行ない、衝突では衝突信号を出す。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばＮＣ工作機械に
おいて工具とワーク又はワーク取付具との衝突を事前に
検知する装置に関し、更にＮＣで運転する産業ロボッ
ト、ＮＣ工作機械で切削される形状をシミュレーション
表示する装置等に応用可能な衝突検知装置に関する。
おいて工具とワーク又はワーク取付具との衝突を事前に
検知する装置に関し、更にＮＣで運転する産業ロボッ
ト、ＮＣ工作機械で切削される形状をシミュレーション
表示する装置等に応用可能な衝突検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】工具とワークをそれぞれ立体的な物体と
して扱い、これらの物体を表わす数式（ソリッドモデ
ル）、あるいはこれらの物体の表面を表わす数式（サー
フェースモデル）を用いて、工具とワーク間の距離を演
算することにより、衝突の事前検知を行う方法が考えら
れている。
して扱い、これらの物体を表わす数式（ソリッドモデ
ル）、あるいはこれらの物体の表面を表わす数式（サー
フェースモデル）を用いて、工具とワーク間の距離を演
算することにより、衝突の事前検知を行う方法が考えら
れている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ソリッドモデル、サー
フェースモデルいずれの数式を用いる場合も、工具とワ
ーク間の距離を演算するには演算量が多いので、演算時
間が長くかかる。特に、ワーク形状は多くの場合複雑な
形状をしており、しかも切削等によって時々刻々と変化
するワーク形状を前述のソリッドモデルまたはサーフェ
ースモデルでとらえるには、膨大な演算量となるので、
実用的でなく、実際に使用された事例はない。
フェースモデルいずれの数式を用いる場合も、工具とワ
ーク間の距離を演算するには演算量が多いので、演算時
間が長くかかる。特に、ワーク形状は多くの場合複雑な
形状をしており、しかも切削等によって時々刻々と変化
するワーク形状を前述のソリッドモデルまたはサーフェ
ースモデルでとらえるには、膨大な演算量となるので、
実用的でなく、実際に使用された事例はない。
【０００４】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、
並列処理にて容易かつ簡単な演算量にて衝突を検知でき
る装置の提供を目的とする。
並列処理にて容易かつ簡単な演算量にて衝突を検知でき
る装置の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成する本
発明は、ＮＣ機械に支持されるワーク及びワーク取付具
の形状をｘｙ平面上の各点の高さとして記憶するワーク
形状データ記憶手段と、上記ＮＣ機械に支持される工具
の形状を多数の球で近似して記憶する工具形状近似デー
タ記憶手段と、上記工具の位置及び姿勢をＮＣデータに
基づいて演算する工具位置・姿勢演算手段と、上記工具
の形状と上記工具の位置及び姿勢とにより上記各球の表
面の高さをｘｙ平面上の各点の高さとして演算する各球
表面高さ演算手段と、上記ワーク形状の高さと上記各球
表面の高さとを比較するとともにＮＣデータの送り速度
を基に衝突か切削かを判定する衝突・切削判定手段と、
この衝突・切削判定手段により切削と判定されたときに
上記ワーク形状データを切削される形状に更新するワー
ク形状データ更新手段と、を具備することを特徴とす
る。
発明は、ＮＣ機械に支持されるワーク及びワーク取付具
の形状をｘｙ平面上の各点の高さとして記憶するワーク
形状データ記憶手段と、上記ＮＣ機械に支持される工具
の形状を多数の球で近似して記憶する工具形状近似デー
タ記憶手段と、上記工具の位置及び姿勢をＮＣデータに
基づいて演算する工具位置・姿勢演算手段と、上記工具
の形状と上記工具の位置及び姿勢とにより上記各球の表
面の高さをｘｙ平面上の各点の高さとして演算する各球
表面高さ演算手段と、上記ワーク形状の高さと上記各球
表面の高さとを比較するとともにＮＣデータの送り速度
を基に衝突か切削かを判定する衝突・切削判定手段と、
この衝突・切削判定手段により切削と判定されたときに
上記ワーク形状データを切削される形状に更新するワー
ク形状データ更新手段と、を具備することを特徴とす
る。
【０００６】
【作用】ＮＣデータを基に工具の位置と姿勢を演算して
その時の各球の中心位置（ｘ，ｙ，ｚ）を求め、中心位
置と半径から各球が存在するｘｙ平面上の範囲（ｘｙ）
と各球表面の高さ（ｚ）を求めることができる。同じｘ
ｙにおけるワーク形状の高さ（ｚ）と各球表面の高さ
（ｚ）を比較することにより、工具形状とワーク形状が
干渉しているか否かが判定できる。干渉している場合、
ＮＣ機械が早送り中であれば工具形状のどの部分におけ
る干渉も衝突と判定でき、ＮＣ機械が切削送り中でかつ
工具の切れ刃部分における干渉は切削と判定でき、ＮＣ
機械が切削送り中でかつ工具の切れ刃以外の部分におけ
る干渉は衝突と判定できる。切削と判定した場合、干渉
しているｘｙ座標とその高さ（ｚ）データは工具形状を
近似しているそれぞれの球に関するデータであるから同
じｘｙ座標に関するデータが複数個存在する場合がある
ので、その場合には干渉量の最も大きいｚ値を選んでそ
の値にワーク形状データを変更する。こうすることによ
って切削された形状にワーク形状データを更新していく
ことができる。他方、衝突と判定した場合には衝突検知
信号をＮＣ装置に送信することによりＮＣ工作機械を衝
突する前に停止させることができる。
その時の各球の中心位置（ｘ，ｙ，ｚ）を求め、中心位
置と半径から各球が存在するｘｙ平面上の範囲（ｘｙ）
と各球表面の高さ（ｚ）を求めることができる。同じｘ
ｙにおけるワーク形状の高さ（ｚ）と各球表面の高さ
（ｚ）を比較することにより、工具形状とワーク形状が
干渉しているか否かが判定できる。干渉している場合、
ＮＣ機械が早送り中であれば工具形状のどの部分におけ
る干渉も衝突と判定でき、ＮＣ機械が切削送り中でかつ
工具の切れ刃部分における干渉は切削と判定でき、ＮＣ
機械が切削送り中でかつ工具の切れ刃以外の部分におけ
る干渉は衝突と判定できる。切削と判定した場合、干渉
しているｘｙ座標とその高さ（ｚ）データは工具形状を
近似しているそれぞれの球に関するデータであるから同
じｘｙ座標に関するデータが複数個存在する場合がある
ので、その場合には干渉量の最も大きいｚ値を選んでそ
の値にワーク形状データを変更する。こうすることによ
って切削された形状にワーク形状データを更新していく
ことができる。他方、衝突と判定した場合には衝突検知
信号をＮＣ装置に送信することによりＮＣ工作機械を衝
突する前に停止させることができる。
【０００７】
【実施例】ここで、図１ないし図６を参照して本発明の
実施例を説明する。図１はＮＣ工作機械における衝突検
知装置のブロック構成を示し、この衝突検知装置はワー
ク形状データ記憶手段６と、工具形状近似データ記憶手
段７と、工具位置・姿勢演算手段８と、各球表面高さ演
算手段９と、衝突・切削判定手段１０と、ワーク形状更
新手段１１とからなっている。
実施例を説明する。図１はＮＣ工作機械における衝突検
知装置のブロック構成を示し、この衝突検知装置はワー
ク形状データ記憶手段６と、工具形状近似データ記憶手
段７と、工具位置・姿勢演算手段８と、各球表面高さ演
算手段９と、衝突・切削判定手段１０と、ワーク形状更
新手段１１とからなっている。
【０００８】ＮＣ工作機械では、図２に示すように、ワ
ーク３を切削する工具１が工具ホルダ２を介して支持さ
れており、これに対してｘｙ平面５上にワーク３がワー
ク取付具４により支持されている。以下、これら工具１
とワーク３又は取付具４との間の衝突を検知対象とした
場合について説明をする。
ーク３を切削する工具１が工具ホルダ２を介して支持さ
れており、これに対してｘｙ平面５上にワーク３がワー
ク取付具４により支持されている。以下、これら工具１
とワーク３又は取付具４との間の衝突を検知対象とした
場合について説明をする。
【０００９】図１に示すワーク形状データ記憶手段６
は、形状計測装置によって計測されたり又は他の手段に
より入力されたＮＣ工作機械上のワーク３及びワーク取
付具４の形状データを記憶する。ここでは、図３に示す
ように、ｘｙ平面５上に切った各メッシュ５Ａにおける
高さ（ｚ値）という形で形状データを記憶するものであ
る。
は、形状計測装置によって計測されたり又は他の手段に
より入力されたＮＣ工作機械上のワーク３及びワーク取
付具４の形状データを記憶する。ここでは、図３に示す
ように、ｘｙ平面５上に切った各メッシュ５Ａにおける
高さ（ｚ値）という形で形状データを記憶するものであ
る。
【００１０】一方、工具形状近似データ記憶手段７は、
ＮＣ工作機械の工具１の形状データを記憶する。ここで
は、図４に示すように多数の球によって近似し、工具中
心軸上の基準点Ｐから各球の中心までの距離と各球の半
径という形で形状データを記憶する。
ＮＣ工作機械の工具１の形状データを記憶する。ここで
は、図４に示すように多数の球によって近似し、工具中
心軸上の基準点Ｐから各球の中心までの距離と各球の半
径という形で形状データを記憶する。
【００１１】工具位置・姿勢演算手段８は、ＮＣ工作機
械のＮＣデータ１２に基づく工具１の位置及び姿勢を求
める。ここでは、ＮＣデータを１個読む毎に、ＮＣデー
タに指示されている動きを細分割し、１つの細分割につ
き工具１の位置及び姿勢を求める。また、ｘ・ｙ・ｚ３
軸方向の動きだけでなく、ｘ・ｙ・ｚ各軸の回転も可能
な工作機械を対象としている。
械のＮＣデータ１２に基づく工具１の位置及び姿勢を求
める。ここでは、ＮＣデータを１個読む毎に、ＮＣデー
タに指示されている動きを細分割し、１つの細分割につ
き工具１の位置及び姿勢を求める。また、ｘ・ｙ・ｚ３
軸方向の動きだけでなく、ｘ・ｙ・ｚ各軸の回転も可能
な工作機械を対象としている。
【００１２】各球表面高さ演算手段９は、工具の位置・
姿勢を基に各球の中心位置（ｘO ，ｙO ，ｚO ）を求
め、各球が存在するｘｙ平面５上の範囲に存在する各メ
ッシュについて各球表面の高さ（ｚ）を求める。ここで
各球表面の高さ（ｚ）は次の式で求められ、上下２点が
存在する。
姿勢を基に各球の中心位置（ｘO ，ｙO ，ｚO ）を求
め、各球が存在するｘｙ平面５上の範囲に存在する各メ
ッシュについて各球表面の高さ（ｚ）を求める。ここで
各球表面の高さ（ｚ）は次の式で求められ、上下２点が
存在する。
【００１３】
【数１】
【００１４】上下２点のどちらを使用するかについて
は、図５の＃１，＃２，＃３に示すようにワーク形状の
ｚが多価となる場合があるので、下から奇数番目には球
表面の下の点が、下から偶数番目には球表面の上の点が
対応する。
は、図５の＃１，＃２，＃３に示すようにワーク形状の
ｚが多価となる場合があるので、下から奇数番目には球
表面の下の点が、下から偶数番目には球表面の上の点が
対応する。
【００１５】衝突・切削判定手段１０は対象とするメッ
シュに関してワーク形状データのｚ値と各球表面高さを
比較し、干渉している場合、その時の送り速度が早送り
ならば衝突・切削送りならば切削と判定する。ただし、
球が工具１の切れ刃のついていない部分であれば干渉は
すべて衝突と判定する。衝突と判定した場合、衝突検知
信号１０ＡをＮＣ装置に出してＮＣ工作機械の運転を停
止させ、切削と判定した場合、そのメッシュのｘｙ値と
球表面高さ（ｚ）を切削データ１０Ｂとしてワーク形状
更新手段１１に渡す。
シュに関してワーク形状データのｚ値と各球表面高さを
比較し、干渉している場合、その時の送り速度が早送り
ならば衝突・切削送りならば切削と判定する。ただし、
球が工具１の切れ刃のついていない部分であれば干渉は
すべて衝突と判定する。衝突と判定した場合、衝突検知
信号１０ＡをＮＣ装置に出してＮＣ工作機械の運転を停
止させ、切削と判定した場合、そのメッシュのｘｙ値と
球表面高さ（ｚ）を切削データ１０Ｂとしてワーク形状
更新手段１１に渡す。
【００１６】切削データ１０Ｂは工具１の形状を近似し
ている各球について求めたものであるため同一メッシュ
に関するｚ値が複数個存在し得る。したがってワーク形
状更新手段１１はそれぞれのメッシュについて干渉量が
最も大きいｚ値をさがし、その値にワーク形状データを
変更する。ここで干渉量が最も大きいとは、ワーク形状
データのｚが１価のときは球表面高さ（ｚ）が最小のも
のであり、ワーク形状データのｚが多価のときは下から
奇数番目については球表面高さ（ｚ）が最小のもの、下
から偶数番目については球表面高さ（ｚ）が最大のもの
である。
ている各球について求めたものであるため同一メッシュ
に関するｚ値が複数個存在し得る。したがってワーク形
状更新手段１１はそれぞれのメッシュについて干渉量が
最も大きいｚ値をさがし、その値にワーク形状データを
変更する。ここで干渉量が最も大きいとは、ワーク形状
データのｚが１価のときは球表面高さ（ｚ）が最小のも
のであり、ワーク形状データのｚが多価のときは下から
奇数番目については球表面高さ（ｚ）が最小のもの、下
から偶数番目については球表面高さ（ｚ）が最大のもの
である。
【００１７】図２に示す工具ホルダ２については、工具
ホルダ２とワーク３又はワーク取付具４とが干渉する場
合は常に衝突であってワーク形状を更新する必要がない
ため、従来の方法によって処理する。衝突と判定した場
合は前記と同様に衝突検知信号１０ＡをＮＣ装置に出し
てＮＣ工作機械の運転を停止させる。
ホルダ２とワーク３又はワーク取付具４とが干渉する場
合は常に衝突であってワーク形状を更新する必要がない
ため、従来の方法によって処理する。衝突と判定した場
合は前記と同様に衝突検知信号１０ＡをＮＣ装置に出し
てＮＣ工作機械の運転を停止させる。
【００１８】次に図６を参照して衝突検知装置の処理全
体を説明する。この図６のフローチャートによれば、ワ
ーク形状データ記憶手段６にてワーク形状データ６を読
み込んで記憶する（ステップＳ１）。
体を説明する。この図６のフローチャートによれば、ワ
ーク形状データ記憶手段６にてワーク形状データ６を読
み込んで記憶する（ステップＳ１）。
【００１９】ついで、工具形状近似データ記憶手段７に
て工具形状データを読み込み、多数の球で近似する（ス
テップＳ２）。
て工具形状データを読み込み、多数の球で近似する（ス
テップＳ２）。
【００２０】次に、工具位置・姿勢演算手段では、ＮＣ
データの読み込み（ステップＳ３）、ＮＣデータによる
動きを細分割し（ステップＳ４）、工具の位置・姿勢を
求める（ステップＳ５）。そして、各球表面高さ演算手
段９にて、工具形状を近似している各球の中心座標を求
め（ステップＳ５）、各球が存在するｘｙ平面上のメッ
シュについて各メッシュの球面の高さ（ｚ）を求める
（ステップＳ６）。
データの読み込み（ステップＳ３）、ＮＣデータによる
動きを細分割し（ステップＳ４）、工具の位置・姿勢を
求める（ステップＳ５）。そして、各球表面高さ演算手
段９にて、工具形状を近似している各球の中心座標を求
め（ステップＳ５）、各球が存在するｘｙ平面上のメッ
シュについて各メッシュの球面の高さ（ｚ）を求める
（ステップＳ６）。
【００２１】衝突・切削判定手段１０にて、ワークの高
さと球面の高さを比較し（ステップＳ７）、衝突か切削
かを判定する（ステップＳ８）。そして、衝突の場合は
衝突信号を出し（ステップＳ９）、切削の場合切削デー
タによりワーク形状更新手段１１にてワーク形状を更新
する（ステップＳ１０）。この場合、ステップＳ６，Ｓ
７，Ｓ８，Ｓ９は、工具１の形状を近似する各球ごとの
処理であるので、球１個に対して１個のプロセッサを割
り当てる並列処理が可能となる。
さと球面の高さを比較し（ステップＳ７）、衝突か切削
かを判定する（ステップＳ８）。そして、衝突の場合は
衝突信号を出し（ステップＳ９）、切削の場合切削デー
タによりワーク形状更新手段１１にてワーク形状を更新
する（ステップＳ１０）。この場合、ステップＳ６，Ｓ
７，Ｓ８，Ｓ９は、工具１の形状を近似する各球ごとの
処理であるので、球１個に対して１個のプロセッサを割
り当てる並列処理が可能となる。
【００２２】ステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３では各ブ
ロックにて全範囲の終了、単位ＮＣデータの終了、全Ｎ
Ｃデータの終了を判定する。
ロックにて全範囲の終了、単位ＮＣデータの終了、全Ｎ
Ｃデータの終了を判定する。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、従
来に比べて演算が簡単で並列処理が可能となるため実用
化が可能となる。また、本発明によって、ケアレスミス
による衝突が防止されるため、ＮＣ工作機械、工具又は
ワークを破壊したり、傷つけたりする可能性が著しく減
少する。
来に比べて演算が簡単で並列処理が可能となるため実用
化が可能となる。また、本発明によって、ケアレスミス
による衝突が防止されるため、ＮＣ工作機械、工具又は
ワークを破壊したり、傷つけたりする可能性が著しく減
少する。
【図１】本発明の実施例に係る衝突検知装置のブロック
構成図。
構成図。
【図２】衝突検知の対象例の斜視図。
【図３】ワーク形状データの形を示す図。
【図４】工具形状を多数の球で近似した例を示す図。
【図５】ワーク高さ（ｚ値）が多価である例を示す図。
【図６】処理の流れを示すフローチャート。
１ 工具 ２ 工具ホルダ ３ ワーク ４ ワーク取付具 ５ ｘｙ平面 ５Ａ ｘｙ平面上に切ったメッシュ ６ ワーク形状データ記憶手段 ７ 工具形状近似データ記憶手段 ８ 工具位置・姿勢演算手段 ９ 各球表面高さ演算手段 １０ 衝突・切削判定手段 １０Ａ 衝突検知信号 １０Ｂ 切削データ １１ ワーク形状更新手段
Claims (1)
- 【請求項１】 ＮＣ機械に支持されるワーク及びワーク
取付具の形状をｘｙ平面上の各点の高さとして記憶する
ワーク形状データ記憶手段と、上記ＮＣ機械に支持され
る工具の形状を多数の球で近似して記憶する工具形状近
似データ記憶手段と、上記工具の位置及び姿勢をＮＣデ
ータに基づいて演算する工具位置・姿勢演算手段と、上
記工具の形状と上記工具の位置及び姿勢とにより上記各
球の表面の高さをｘｙ平面上の各点の高さとして演算す
る各球表面高さ演算手段と、上記ワーク形状の高さと上
記各球表面の高さとを比較するとともにＮＣデータの送
り速度を基に衝突か切削かを判定する衝突・切削判定手
段と、この衝突・切削判定手段により切削と判定された
ときに上記ワーク形状データを切削される形状に更新す
るワーク形状データ更新手段と、を具備することを特徴
とする衝突検知装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27751891A JPH05111849A (ja) | 1991-10-24 | 1991-10-24 | 衝突検知装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27751891A JPH05111849A (ja) | 1991-10-24 | 1991-10-24 | 衝突検知装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05111849A true JPH05111849A (ja) | 1993-05-07 |
Family
ID=17584715
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27751891A Withdrawn JPH05111849A (ja) | 1991-10-24 | 1991-10-24 | 衝突検知装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05111849A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007140902A (ja) * | 2005-11-18 | 2007-06-07 | Nintendo Co Ltd | 画像処理プログラムおよび画像処理装置 |
| CN113681350A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-11-23 | 牟贞学 | 一种cnc数控机床非接触式对刀仪 |
| JPWO2023112305A1 (ja) * | 2021-12-17 | 2023-06-22 |
-
1991
- 1991-10-24 JP JP27751891A patent/JPH05111849A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007140902A (ja) * | 2005-11-18 | 2007-06-07 | Nintendo Co Ltd | 画像処理プログラムおよび画像処理装置 |
| CN113681350A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-11-23 | 牟贞学 | 一种cnc数控机床非接触式对刀仪 |
| JPWO2023112305A1 (ja) * | 2021-12-17 | 2023-06-22 | ||
| WO2023112305A1 (ja) * | 2021-12-17 | 2023-06-22 | ファナック株式会社 | 数値制御装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990107 |