(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された加工プログラムを指令として加工プログラムを解析する指令解析部と、解析した指令から補間曲線を計算する補間曲線計算部と、指令速度に基づいて補間周期毎の速度指令を計算する速度指令計算部と、前記速度指令と前記補間曲線の１階微分値との比に基づいて前記補間曲線のパラメータを計算するパラメータ計算部と、前記パラメータから前記補間曲線上の補間位置を計算する補間曲線位置計算部を有する数値制御装置の曲線補間方法において、
現在位置における補間曲線１階微分値と少なくとも１つの未来補間曲線上の位置を求め、前記未来補間曲線上の位置における補間曲線１階微分値を算出し、前記未来補間曲線上の位置における補間曲線１階微分値と前記現在位置の補間曲線１階微分値の平均値を算出し、前記補間曲線１階微分の平均値を基に前記パラメータを算出することを特徴とする数値制御装置の曲線補間方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスプライン曲線やＮＵＲＢＳ曲線（Ｎｏｎ−Ｕｎｉｆｏｒｍ  Ｒａｔｉｏｎａｌ  Ｂ−Ｓｐｌｉｎｅ：Ｂ−スプライン曲線を有理化した曲線）などの曲線に基づいてサーボシステムに対する指令を作成し、位置制御を行う数値制御装置の曲線補間方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マシニングセンタにおける金型加工などでは、曲線補間を行うことによって直線補間の際に生じていた隣接するブロック間のつなぎ目がなくなるため、切削面が滑らかになる効果がある。こうした従来の曲線補間方法の１例としては、特開昭６４−８１０１２に開示の「数値制御装置」が知られている。
図３は従来の数値制馭装置で行われる曲線補間の基本的動作を示すフローチャートである。
まず、加工プログラムを読み込み補間曲線を計算する（ステップ１、以降Ｓ１と略す）。
次に、プログラム指令速度や、加工プログラム形状に基づいて、計算された速度からサンプリング時間当たりの速度指令を計算する（Ｓ２）。
計算したサンプリング時間当たりの速度指令にて補間曲線上を移動するためのパラメータの増分量を計算する（Ｓ３）。
パラメータから補間曲線上の補間位置を計算する。（Ｓ４）。
以上が、特開昭６４−８１０１２に開示の数値制御装置による曲線補間動作の概略であり、図４はその従来の曲線補間方法の説明図であるが、図３の（Ｓ３）にて各サンプリング時間当たりのパラメータ増分値（Δｔ）は、補間曲線をＰ（ｔ）、サンプリング時間をΔＴｓ、サンプリング時間当たりの速度指令を（Ｆ×ΔＴｓ）とすると、（１）式に示すように、サンプリング時間当たりの速度指令と、現在位置における補間曲線１階微分値（Ｐ’（ｔｋ  ））の比によって求めている。
【数１】
0003562576.tif 000002
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例においては、図４に示すように、（１）式によって求めたパラメータ増分値から算出した補間曲線上の位置（Ｐ（ｔｋ＋Δｔ））は、サンプリング時間当たりの速度指令（Ｆ×ΔＴｓ）に対する、補間曲線上の位置（Ｐ（ｔｋ＋Δｔｒ））と誤差を生じるため、速度指令通りに移動することが困難であった。
前記誤差は、（１）式によって求めたパラメータ増分値では、サンプリング時間当たりの速度指令にて移動するためのパラメータ増分値（Δｔｒ）を正確に算出することが困難なために生じている、という問題があった。
また、前記誤差は補間曲線の曲率変化が大きいほど増加するもので、例えば、図５に示す補間曲線の曲率変化の説明図において、補間曲線Ｐ２（ｔ）の曲率変化＞補間曲線Ｐ１（ｔ）の曲率変化であり、補間曲線Ｐ２（ｔ）における現在位置Ｐｋから次回補間点Ｐ２までの移動量（Ｐ２−Ｐｋ）と補間曲線Ｐ１（ｔ）における現在位置Ｐｋから次回補間点Ｐ１までの移動量（Ｐ１−Ｐｋ）を比較した場合、
（Ｐ２−Ｐｋ  ）＞（Ｐ１−Ｐｋ  ）  となる。
このため、曲率変化の大きい部分では、速度指令に対するサンプリング時間当たりの移動量の変化量が大きくなり、その結果、発生する遠心力による加速度が機械の許容加速度を超えてしまって機械にショックを発生する恐れがあるという問題があった。
そこで本発明は、速度指令通りに移動するようにパラメータ増分値を算出し、機械の許容加速度内で運転するための数値制御装置の曲線補間方法を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は、入力された加工プログラムを解析する指令解析部と、解析した指令から補間曲線を計算する補間曲線計算部と、指令速度に基づいて補間周期毎の速度指令を計算する速度指令計算部と、前記速度指令と前記補間曲線の１階微分値との比に基づいて前記補間曲線のパラメータを計算するパラメータ計算部と、前記パラメータから前記補間曲線上の補間位置を計算する補間曲線位置計算部を有する数値制御装置の曲線補間方法において、現在位置における補間曲線１階微分値と少なくとも１つの未来補間曲線上の位置を求め、前記未来補間曲線上の位置における補間曲線１階微分値を算出し、前記未来補間曲線上の位置における補間曲線１階微分値と前記現在位置の補間曲線１階微分値の平均値を算出し、前記補間曲線１階微分の平均値を基に前記パラメータを算出することを特徴とするものである。
この数値制御装置の曲線補間方法によれば、それまで各サンプリング時間当たりのパラメータ増分値Δｔは、サンプリング時間当たりの速度指令（Ｆ×ΔＴｓ）と、現在位置における補間曲線１階微分値Ｐ’（ｔｋ）の比によって求めていたが、本発明では、予測に基づく、未来補間曲線上の位置における補間曲線１階微分値を計算し、複数の補間位置の１階微分値の平均値を求めることで誤差を相殺してパラメータ増分値を求めるので、速度指令に対する移動量との誤差を抑えることができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下，本発明の実施の形態を図を参照して説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る数値制御装置の曲線補間方法の処理のフローチャートである。
図２は図１における曲線補間の原理説明図である。
図１は曲線補間方法のフローチャートであり、スプライン曲線やＮＵＲＢＳ曲線などの曲線に基づいて、補間曲線を作成し（ステップ２、以降Ｓ２と略す）、補間曲線１階微分値を計算して（Ｓ４）、パラメータ増分値を求める（Ｓ５）、前半処理ブロックと、その前半処理ブロックで求めたパラメータ増分値から、新たにパラメータ平均値を計算し（Ｓ６）、補間点の補間位置を求める（Ｓ８）、後半ブロックとで構成されている。
図２は図１に示した曲線補間の原理説明図であり、図２から補間曲線Ｐ（ｔ）上の現在位置をＰ（ｔｋ  ）とすると、現在位置での補間曲線１階微分値はＰ’（ｔｋ  ）となる。Ｐ’（ｔｋ  ）を用いて、Ｆ×ΔＴｓの速度で移動するためのパラメータ増分値を、先の（１）式を用いて求めるとΔｔとなる。
また、パラメータ増分値をΔｔとした場合の次回補間位置Ｐ（ｔｋ  ＋Δｔ）の１階微分値２はＰ’（ｔｋ  ＋Δｔ）となり、Ｐ’（ｔｋ  ）とＰ’（ｔｋ＋Δｔ）との平均値１は（Ｐ’（ｔｋ）＋Ｐ’（ｔｋ  ＋Δｔ））／２、より、次の（２）式を用いて、パラメータ増分値（Δｔ’）を求める。
【数２】
0003562576.tif 000003
パラメータ増分値をΔｔ’としたときの次回補間位置（Ｐ（ｔｋ＋Δｔ’））は、サンプリング時間当たりの速度指令（Ｆ×ΔＴｓ）に対する補間曲線上の位置Ｐ（（ｔｋ＋Δｔｒ））に対し、
（Ｐ（ｔｋ  ＋Δｔ’））≒（Ｐ（ｔｋ＋Δｔｒ））
となり、現在位置（Ｐ（ｔｋ  ））から次回補間位置（Ｐ（ｔｋ  ＋Δｔ’））へのサンプリング時間当たりの移動量は、ほぼ速度指令（Ｆ×ΔＴｓ）通りとなって、誤差が解消される。
【０００６】
つぎに図１、図２を参照して動作について説明する。
先ず、加工プログラムを解析し、補間曲線を作成するためのデータを格納する（Ｓ１）。
格納したデータから、例えば、図２に示すような補間曲線Ｐ（ｔ）を計算する（Ｓ２）。
続いて、指令速度からサンプリング時間毎の速度指令（Ｆ×ΔＴｓ）を作成する（Ｓ３）。
次に，現在位置Ｐ（ｔｋ  ）の補間曲線１階微分値Ｐ’（ｔｋ  ）を計算する（Ｓ４）。
続いて、Ｓ３にて求めた速度指令（Ｆ×Δｔ）とＳ４で求めた補間曲線１階微分値Ｐ’（ｔｋ  ）から（１）式によって、パラメータ増分値Δｔを計算する（Ｓ５）。
ここまでが、前半ブロックの処理である。
次に、Ｓ５にて求めたパラメータ増分値を任意の整数ｎで分割し，分割されたパラメータにおける補間曲線１階微分値を求め，平均値を計算する（Ｓ６）。
この場合のパラメータ増分値を任意の整数ｎで分割するというｎは、補間位置数と思えばよく、図２の場合は補間位置数ｎ＝２とある。
従って、現在位置の１階微分値Ｐ’（ｔｋ  ）と次回補間位置の１階微分値Ｐ’（ｔｋ  ＋Δｔ）の平均値を求める。
次に、Ｓ６にて求めた補間曲線１階微分の平均値１とＳ３にて求めた速度指令より、（２）式によってパラメータ増分値Δｔ’を計算する（Ｓ７）。
続いて、Ｓ７にて求めたパラメータ増分値Δｔ’より、補間曲線上の位置を求めて補間点とし、サーボシステムに対する位置指令を作成する（Ｓ８）。
このように、本発明では、現在位置の１階微分値と次回補間位置の１階微分値の平均値を求めて、この平均値を基にパラメータ増分値を算出するので、補間曲線上の位置誤差を抑えることができる。
また、図５に示した曲率変化の大きい補間曲線の場合にも、この方式によって効果的に誤差を抑えることができる。
なお、これまでの説明では、１つの未来補間曲線上の位置から、１階微分平均値を算出しているが、複数の未来補間曲線上の位置における１階微分の平均値を算出すれば、速度指令（Ｆ×ΔＴｓ）に対するパラメータ増分値をより正確に算出することが可能となり速度指令との誤差をより低減することができる。
【０００７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、現在位置における補間曲線１階微分値と少なくとも１つの未来補間曲線上の位置を求め、その未来補間曲線上の位置における補間曲線１階微分値と前の現在位置の補間曲線１階微分値から、平均値を算出し、補間曲線１階微分平均値を基にパラメータ増分値を算出するようにしたので、速度指令通りに移動するようにパラメータ増分値を算出し、機械にショックを発生しない許容加速度内で運転できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る数値制御装置の曲線補間方法の処理のフローチャートである。
【図２】図１に示す曲線補間の原理説明図である。
【図３】従来の曲線補間方法の処理のフローチャートである。
【図４】従来の曲線補間の原理説明図である。
【図５】従来の曲率変化の大きい場合の曲線補間の原理説明図である。
【符号の説明】
１  Ｐ’（ｔｋ  ）とＰ’（ｔｋ  ＋Δｔ）の平均値
２  Ｐ’（ｔｋ  ＋Δｔ）
Ｐ（ｔ）    補間曲線
Δｔｒ    サンプリング時間当たりの速度指令通りに移動するためのパラメータ増分値
Δｔ  現在位置の補間曲線１階微分値から求めた次回補間位置までのパラメータ増分値
Δｔ’  現在位置の補間曲線１階微分値と未来補間曲線上の位置での補間曲線１階微分値との平均値から求めた次回補間位置までのパラメータ増分値
Ｐ（ｔｋ）  パラメータｔｋにおける補間曲線上の位置
Ｐ’（ｔｋ）  パラメータｔｋにおける補間曲線１階微分値
Ｐ（ｔｋ＋Δｔ）  ｔｋからパラメータがΔｔ増加した補間曲線上の位置
Ｐ（ｔｋ＋Δｔｒ）  Ｐ（ｔｋ）から速度指令通りに移動した場合の補間曲線上の位  置
Ｐ（ｔｋ＋Δｔ’）  ｔｋからパラメータがΔｔ’増加した補間曲線上の位置
Ｆ  速度指令
ΔＴｓ  サンプリング時間
【図１】
0003562576.tif 000004
【図２】
0003562576.tif 000005
【図３】
0003562576.tif 000006
【図４】
0003562576.tif 000007
【図５】
0003562576.tif 000008