(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線、円弧、自由曲線の３種類の直線を含む平面曲線を、クロソイドセグメントの集合として定義し、各々のクロソイドセグメントを、始点Ｐ0から終点Ｐ1までの曲線の長さ（ｈ）、始点Ｐ0における接線角（φ0）、接線角の円弧分増分（φv）、接線角のクロソイド分増分（φu）からなる４つの変数を用いて構成し、始点Ｐ0から点Ｐまでの曲線の長さｓをｈで割った値である無次元変位Ｓを、０≦Ｓ≦１として正規化することで、上記３種類の平面曲線を、角度に基づき統一したクロソイドフォーマットを用いて記述することを特徴とする数値制御方法。
【請求項２】
運動体の軌跡曲線として、曲率が当該軌跡曲線の曲線に沿った変位に比例して変化するようなクロソイド曲線を採用し、そのクロソイド曲線に沿って運動体の軌跡を制御する数値制御装置において、直線、円弧、自由曲線の３種類の直線を含む平面曲線を、クロソイドセグメントの集合として定義し、各々のクロソイドセグメントを、始点Ｐ0から終点Ｐ1までの曲線の長さ（ｈ）、始点Ｐ0における接線角（φ0）、接線角の円弧分増分（φv）、接線角のクロソイド分増分（φu）からなる４つの変数を用いて構成し、始点Ｐ0から点Ｐまでの曲線の長さｓをｈで割った値である無次元変位Ｓを、０≦Ｓ≦１として正規化することで、上記３種類の平面曲線を、角度に基づき統一したクロソイドフォーマットを入力して当該クロソイド曲線を創成するクロソイド創成手段を具備することを特徴とする数値制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は，すべての２次元数値制御装置，或いは，２次元曲線を３次元空間に写像して加工する多次元数値機械に適用する数値制御方法及びその装置に関し，より詳細には，数値制御工作機械，ロボット，図形出力装置，裁断機，彫刻機，成形機等，数値制御（ＮＣ）によって工具の軌跡を制御するあらゆる分野に適用できる数値制御方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
平面図形は，直線，円弧，その他の曲線（以下，自由曲線という）の３種類から構成されているが，従来における数値制御方法にあっては，上記直線，円弧，自由曲線に別々のフォーマットを定めてデータを記述していた。特に，上記自由曲線に関しては，これを点列データ（ｘ座標，ｙ座標）として与え，これを数値制御装置側において直線補間，円弧補間，Ｂ−スプライン補間，ベジエ補間等の補間法を用いて演算制御するのが一般的であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，上記に示されるような従来の数値制御方法にあっては，直線，円弧，自由曲線に別々のフォーマットを定めてデータを記述していたため，また，自由曲線に関しては，点列データ（ｘ座標，ｙ座標）を数値制御装置側において直線補間，円弧補間，Ｂ−スプライン補間，ベジエ補間等の補間法を用いて演算制御していたため，数値制御装置側に高度の演算機能を要求し，補間法によっては演算速度，演算精度に関して問題点があった。
【０００４】
また，上記自由曲線の種類によって記述の方法が異なるため，各種の曲線をつなげて制御することの多い塗装，塗布，溶接，溶断等の数値制御装置にあっては，接ぎ目における速度，加速度が不連続になり，加工精度に関して問題点があった。
【０００５】
更に，自由曲線補間において，補間法によっては曲線の線長の計算が難しく，線速度の制御を行うことができないという問題点もあった。
【０００６】
本発明は，上記に鑑みてなされたものであって，数値制御装置側に高度の演算機能を要求せず，補間法における演算速度，演算精度を向上させることを第１の目的とする。
【０００７】
また，各種の曲線をつなげて制御することの多い塗装，塗布，溶接，溶断等の数値制御装置において，接ぎ目における速度，加速度が不連続になることを防止し，加工精度を向上させることを第２の目的とする。
【０００８】
また，自由曲線補間において，曲線の線長の計算を容易にし，線速度の制御を簡易に実現することを第３の目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は，上記の目的を達成するために，直線，円弧，自由曲線の３種類の平面曲線を，角度に基づいて統一したクロソイドフォーマットを用いて記述する数値制御方法を提供するものである。
【００１０】
また，運動体の軌跡曲線として，曲率が前記曲線の曲線に沿った長さに比例して変化するようなクロソイド曲線を採用し，前記クロソイド曲線に沿って運動体の軌跡を制御する数値制御装置において，直線，円弧，自由曲線の３種類の平面曲線を，角度に基づいて統一したクロソイドフォーマットを入力して前記クロソイド曲線を創成するクロソイド創成手段を具備する数値制御装置を提供するものである。
【００１１】
また，前記クロソイドフォーマットは，始点から終点までの曲線の長さ（ｈ），始点における接線角（φ0 °），接線角の円弧分増分（φv °），接線角のクロソイド分増分（φu °）のパラメータにより表し，前記各パラメータの組みとして構成することが望ましい。
【００１２】
【作用】
本発明による数値制御方法及びその装置は，平面軌跡を曲線の（始点からの）長さｓの関数として与えることにより記述を容易にし，さらに，長さｓを時間ｔの関数として定義することにより運動制御（加減速制御）を可能にする。また，直線，円弧，自由曲線の三者を角度に基づいて統一されたクロソイドフォーマットにより記述するものである。
【００１３】
【実施例】
以下，本発明の一実施例を添付図面を参照して説明する。本発明による数値制御方法は，平面曲線をクロソイドセグメントの集合として定義し，各々のクロソイドセグメントを４つの変数からなるクロソイドフォーマットによって記述するものである。
【００１４】
図１は，クロソイドセグメント（部分的なクロソイド曲線）を示す説明図である。図において，始点Ｐ0 から終点Ｐ1 までのクロソイド曲線は，次に示す４つのパラメータで表すことができる。
【００１５】
ｈ  ：始点Ｐ0 から終点Ｐ1 までの曲線の長さ
φ0 ：始点Ｐ0 における接線角
φv ：接線角の円弧分増分
φu ：接線角のクロソイド分増分
ここで，３つの角度の単位は，以下の式中にあっては，ラジアンであるが，クロソイドフォーマットにおいては度を用いる。
【００１６】
このセグメント上の点Ｐはｙ軸を虚軸（ｊ軸）にとるとき，無次元変位Ｓを変数として，数１により求められる。
【００１７】
【数１】
0003690424.tif 000002
【００１８】
ここで、φは、点Ｐにおける曲線の接線方向、Ｓは始点Ｐ0から点Ｐまでの長さｓを、始点Ｐ0から終点Ｐ1までの曲線の長さｈで割った値である。この曲線の曲率ＣVは、数２により求められる。
【００１９】
【数２】
0003690424.tif 000003
【００２０】
また，縮率，すなわち，曲率の変化率ｃu は，数３により求められる。
【００２１】
【数３】
0003690424.tif 000004
【００２２】
上記数３から曲率の変化率ｃu は一定値となる。すなわち，クロソイド曲線は，曲率が曲線の長さに対して線型に（一次式で）変化する曲線であり，これを用いることによって，曲率が連続的に変化する滑らかな曲線を得ることができる。また，任意の自由曲線を幾つかのクロソイドセグメントに分割し，そのつながりとして表現するならば，充分に滑らか，且つ，美的な曲線を得ることができる。
【００２３】
１つのクロソイドセグメントは，上述のように４つのパラメータ，ｈ（始点から終点までの曲線の長さ），φ0 °（始点における接線角），φv °（接線角の円弧分増分），φu °（接線角のクロソイド分増分）により表すことができ，例えば，図２に示した中央の曲線は，ｈ＝１５０ｍｍ，φ0 °＝３０°，φv °＝９０°，φu °＝２４０°である。但し，図は縮尺してあるため，ｈの値は異なっている。これを以下の数４に示すようなデータの組として与える。
【００２４】
【数４】
0003690424.tif 000005
【００２５】
これをクロソイドフォーマットと呼ぶ。上記クロソイドフォーマットにおいて，上記φu を０とすれば円弧が得られ，さらに，上記φv を０とすれば直線が得られる。すなわち，直線及び円弧はクロソイドの特別な場合であり，これを別の変数等によって区別する必要はない。
【００２６】
本発明は，上記クロソイドフォーマットを数値制御装置用データとして用いることを特徴とする。クロソイド曲線の法線方向は既知なので，法線方向に一定値だけ離れた随伴曲線を求めることは容易であり，これによって工具軌跡を得ることができる（図２参照）。
【００２７】
図３は，数値制御装置側に装備されるクロソイド創成器３０１を示す。数値制御装置側においては，クロソイド創成器３０１に入力されたクロソイドフォーマット（始点から終点までの曲線の長さ（ｈ），始点における接線角（φ0 °），接線角の円弧分増分（φv °），接線角のクロソイド分増分（φu °））のパラメータに基づいて，クロソイド曲線を再生し，数値制御（ＮＣ）により工具の軌跡を制御する。上記クロソイド創成器３０１を用いることによって高速・高精度の補間を実現することができる。
【００２８】
以上説明した通り、本発明による数値制御方法およびその装置にあっては、直線、円弧、自由曲線の３種類の直線を含む平面曲線を、クロソイドセグメントの集合として定義し、各々のクロソイドセグメントを、始点Ｐ0から終点Ｐ1までの曲線の長さ（ｈ）、始点Ｐ0における接線角（φ0）、接線角の円弧分増分（φv）、接線角のクロソイド分増分（φu）からなる４つの変数を用いて構成し、始点Ｐ0から点Ｐまでの曲線の長さｓをｈで割った値である無次元変位Ｓを、０≦Ｓ≦１として正規化することで、上記３種類の平面曲線を、角度に基づき統一したクロソイドフォーマットを用いて記述し、また、そのクロソイドフォーマットを入力して当該クロソイド曲線を創成するクロソイド創成手段を具備するため、数値制御装置側に高度の演算機能を要求せず、補間法における演算速度、演算精度を向上させることができる。従って、各種の曲線をつなげて制御することの多い塗装、塗布、溶接、溶断などの数値制御装置において、継ぎ目における速度や加速度が不連続になることを防止し、加工精度を向上させることができ、また、自由曲線補間において、曲線の線長の計算を簡易にし、線速度の制御を容易にすることができる。
【００２９】
また，クロソイドフォーマットにおいて，図形の大きさに関係するパラメータはｈの１つのみなので，図形の拡大或いは縮小が容易であり，また，接線方向，法線方向が既知なので，工具中心軌跡を容易に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るクロソイドフォーマットのパラメータを解説するためのクロソイド曲線を示す説明図である。
【図２】本発明に係るクロソイドフォーマットを解説するためのクロソイド曲線を示す説明図である。
【図３】本発明に係るクロソイド創成器を示すブロック図である。
【符号の説明】
３０１  クロソイド創成器
ｈ    始点から終点までの曲線の長さ
φ0 °  始点における接線角
φv °  接線角の円弧分増分
φu °  接線角のクロソイド分増分
【図１】
0003690424.tif 000006
【図２】
0003690424.tif 000007
【図３】
0003690424.tif 000008