(57)【要約】【課題】  高い精度で円弧加工を実現させることのできる円弧加工指令作成装置及びその方法並びにプログラムを提供することを目的とする。【解決手段】  入力情報として与えられた始点の座標、終点の座標、及び半径に基づいて特定される円弧上に、この円弧を所定の分割数で分割する分割点をそれぞれ設定する分割点設定部１１と、始点、分割点の各々、及び終点について、位置座標及び接線方向における速度ベクトルを設定することにより、円弧加工指令を作成する指令作成部とを具備し、指令作成部１２が、終点における速度ベクトルをゼロに設定する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力情報として与えられた始点の座標、終点の座標、及び半径に基づいて特定される円弧上に、この円弧を所定の分割数で分割する分割点をそれぞれ設定する分割点設定手段と、
前記始点、前記分割点の各々、及び終点について、位置座標及び接線方向における速度ベクトルを設定することにより、円弧加工指令を作成する指令作成手段と
を具備し、
前記指令作成手段が、前記終点における前記速度ベクトルをゼロに設定する円弧加工指令作成装置。
【請求項２】
前記指令作成手段は、前記終点における接線ベクトル及び前記終点から始まる次の軌跡に対する前記終点における接線ベクトルを算出し、これら接線ベクトルの変化量が所定の値以上であった場合に、前記終点における前記接線方向の速度ベクトルをゼロに設定する請求項１に記載の円弧加工指令作成装置。
【請求項３】
前記指令作成手段が、前記始点及び前記分割点の各々における前記接線方向の速度ベクトルに、同じ値を設定する請求項１又は請求項２に記載の円弧加工指令作成装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかの項に記載の円弧加工指令作成装置により作成された円弧加工指令に基づいて、工具または工作物を制御する工作機械。
【請求項５】
入力情報として与えられた始点の座標、終点の座標、及び前記半径に基づいて特定される円弧上に、この円弧を所定の分割数で分割する分割点をそれぞれ設定する分割点設定過程と、
前記始点、前記分割点の各々、及び終点について、位置座標及び接線方向における速度ベクトルを設定することにより、円弧加工指令を作成する指令作成過程と
を具備し、
前記指令作成過程が、前記終点における前記速度ベクトルをゼロに設定する円弧加工指令作成方法。
【請求項６】
入力情報として与えられた始点の座標、終点の座標、及び前記半径に基づいて特定される円弧上に、この円弧を所定の分割数で分割する分割点をそれぞれ設定する分割点設定処理と、
前記始点、前記分割点の各々、及び終点について、位置座標及び接線方向における速度ベクトルを設定することにより、円弧加工指令を作成する指令作成処理と
をコンピュータに実行させるための円弧加工指令作成プログラムであって、
前記指令作成処理において、前記終点における前記速度ベクトルがゼロに設定される円弧加工指令作成プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械などにより、高い加工精度の得られる円弧加工指令作成装置及びその方法並びにプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、産業用機器としてのＮＣ工作機械において、対象物を円弧状に加工する場合、円弧上に複数の通過点を自動生成し、これら隣接する通過点同士を直線で接続することにより、円弧を微小線分データに近似することにより、円弧補間を行う方法が採用されていた。
しかしながら、このような微小線分データにより近似する方法では、隣接する２点間が直線で接続されるため、動作軌道が多角形状となり、滑らかな加工軌跡を得ることができないという不都合があった。
そこで、近年では、上述のように円弧を微小線分データにより直線補間するのではなく、スプライン曲線、ＮＵＲＢＳ（None Uniform Rational B-Spline：ノンユニフォーム有理式Ｂ−スプライン）曲線、ベジエ曲線、クロソイド曲線などにより円弧補間を行う各種方法が提案されている（例えば、特開平１０−２４０３２９号公報参照）。
【特許文献１】特開平１０−２４０３２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記スプライン曲線などによる補間方法では、円弧の終点加工位置に大きな誤差が生じた場合、この終点から新たに始まる次の軌跡の加工へ移行するのに、オーバーシュートなどが生じてしまうため、高い精度により円弧加工を行うことができないという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、高い精度で円弧加工を実現させることのできる円弧加工指令作成装置及びその方法並びにプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、入力情報として与えられた始点の座標、終点の座標、及び半径に基づいて特定される円弧上に、この円弧を所定の分割数で分割する分割点をそれぞれ設定する分割点設定手段と、前記始点、前記分割点の各々、及び終点について、位置座標及び接線方向における速度ベクトルを設定することにより、円弧加工指令を作成する指令作成手段とを具備し、前記指令作成手段が、前記終点における前記速度ベクトルをゼロに設定する円弧加工指令作成装置を提供する。
【０００６】
上記構成によれば、入力情報として与えられた始点の座標、終点の座標、及び半径により特定される円弧上に、この円弧を所定の分割数で分割するための分割点が、分割点設定手段により設定される。続いて、指令作成手段により、始点、分割点の各々、及び終点について、位置座標及び接線方向における速度ベクトルが設定されることにより、例えば、対象物を加工する工具を制御するための円弧加工指令が作成される。この場合において、指令作成手段は、終点における速度ベクトルをゼロに設定するので、終点において、確実に終点（指令位置）で停止させることが可能となる。これにより、この終点から始まる次の形状加工に速やかに移行させることができる。
【０００７】
上記記載の円弧加工指令作成装置において、前記指令作成手段は、前記終点における接線ベクトル及び前記終点から始まる次の軌跡に対する前記終点における接線ベクトルを算出し、これら接線ベクトルの変化量が所定の値以上であった場合に、前記終点における前記接線方向の速度ベクトルをゼロに設定しても良い。
【０００８】
上記構成によれば、指令作成手段は、終点における接線ベクトルを算出するとともに、この終点から始まる次の軌跡に対する当該終点における接線ベクトルを算出する。そして、これら接線ベクトルの変化量が所定の値以上であった場合に、終点における接線方向の速度ベクトルをゼロに設定する。これにより、例えば、接線ベクトルが急激に変化するような場合には、終点において確実に加工を停止させてから、次の形状加工に移行させることが可能となるので、円弧加工の終点においてオーバーシュートを生ずることなく、加工精度を向上させることができる。
【０００９】
上記記載の円弧加工指令作成装置において、前記指令作成手段が、前記始点及び前記分割点の各々における前記接線方向の速度ベクトルに、同じ値を設定しても良い。
【００１０】
上記構成によれば、始点及び分割点の各々における接線方向の速度ベクトルが同じ値に設定されるので、接線方向の速度を一定に保ちながら円弧加工を行うことが可能となる。これにより、円滑な加工面を作成することが可能となる。
【００１１】
本発明は、上記記載の円弧加工指令作成装置により作成された円弧加工指令に基づいて、工具または工作物を制御する工作機械を提供する。
【００１２】
上記構成によれば、上記円弧加工指令作成装置により作成された円弧加工指令に基づいて、工具または工作物を制御するので、円弧の終点において確実に加工を停止させ、この終点から始まる次の形状加工に速やかに移行することが可能となる。
【００１３】
本発明は、入力情報として与えられた始点の座標、終点の座標、及び前記半径に基づいて特定される円弧上に、この円弧を所定の分割数で分割する分割点をそれぞれ設定する分割点設定過程と、前記始点、前記分割点の各々、及び終点について、位置座標及び接線方向における速度ベクトルを設定することにより、円弧加工指令を作成する指令作成過程とを具備し、前記指令作成過程が、前記終点における前記速度ベクトルをゼロに設定する円弧加工指令作成方法を提供する。
【００１４】
本発明は、入力情報として与えられた始点の座標、終点の座標、及び前記半径に基づいて特定される円弧上に、この円弧を所定の分割数で分割する分割点をそれぞれ設定する分割点設定処理と、前記始点、前記分割点の各々、及び終点について、位置座標及び接線方向における速度ベクトルを設定することにより、円弧加工指令を作成する指令作成処理とをコンピュータに実行させるための円弧加工指令作成プログラムであって、前記指令作成処理において、前記終点における前記速度ベクトルがゼロに設定される円弧加工指令作成プログラムを提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の円弧加工指令作成装置及びその方法並びにプログラムによれば、高い精度で円弧加工を実現させることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明にかかる円弧加工指令作成装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る円弧加工指令作成装置の構成を模式的に示したブロック図である。本実施形態に係る円弧加工指令作成装置は、例えば、工作機械により対象物を円弧状に加工する場合において工具または工作物の移動を制御するための円弧加工指令を作成し、この円弧加工指令を工作機械に与えるものである。
【００１７】
このような円弧加工指令作成装置は、図１に示されるように、分割点設定部（分割点設定手段）１１と指令作成部（指令作成手段）１２とを備えて構成されている。
分割点設定部１１は、入力情報として与えられた始点の座標、終点の座標、始点と終点とを結ぶ円弧の向き（例えば、左回りか、又は右回りか）及び半径に基づいて特定される円弧上に、この円弧を所定の分割数で分割する分割点をそれぞれ設定し、設定した各分割点の位置座標及び始点の座標、終点の座標を出力する。
指令作成部１２は、分割点設定部１１から入力された始点の座標、終点の座標、及び各分割点の位置座標において、接線方向における速度ベクトルを設定することにより、円弧加工指令を作成する。
【００１８】
このような構成を備える上記円弧加工指令作成装置は、例えば、ＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＯＭ（Read
Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えるコンピュータシステムにより構成されている。上記分割点設定部１１及び指令作成部１２の各種機能を実現するための一連の処理の過程は、プログラムの形式でＲＯＭ等に記録されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、後述の各種機能が実現される。
【００１９】
以下、本実施形態に係る円弧加工指令作成装置により実現される各種機能について、図２及び図３を用いて具体的に説明する。
まず、分割点設定部１１（図１参照）に、図２に示されるように、入力情報として始点Ｐ１の座標（Ｘ１，Ｚ１）、終点Ｐｎの座標（Ｘｎ，Ｚｎ）、始点Ｐ１と終点Ｐｎとを結ぶ円弧の向き（例えば、左回りか、又は右回りか）及び半径Ｒが入力されると、分割点設定部１１は、Ｘ−Ｚ座標に、始点Ｐ１の座標（Ｘ１，Ｚ１）と終点Ｐｎの座標（Ｘｎ，Ｚｎ）とを通り、且つ、半径Ｒの円弧Ｃを作成するとともに、その円弧Ｃの中心Ｐ０の座標（Ｘ０，Ｚ０）を算出する（図３のステップＳＰ１）。
【００２０】
続いて、作成した円弧Ｃを所定の分割数で分割する分割点Ｐ２乃至Ｐｎ−１を円弧Ｃ上に設定する（図３のステップＳＰ２）。
ここで、分割点の数は、例えば、時分割により行うことが可能である。一例としては、要求される加工精度にもよるが、数１０ｍｓｅｃ（例えば、２０乃至５０ｍｓｅｃ）の加工時間に対して、分割点を１つ設定する。この場合、移動距離と速度により分割数が変化することとなる。また、上述のように時分割ではなく、円弧の長さに応じて、分割点の数を設定するようにしても良い。
このようにして、分割点Ｐ２乃至Ｐｎ−１を設定すると、分割点設定部１１は、設定した分割点Ｐ２乃至Ｐｎ−１のそれぞれの座標及び始点Ｐ１並びに終点Ｐｎの座標を指令作成部１２に出力する。
【００２１】
指令作成部１２は、上記情報が分割点設定部１１から入力されると、これらの座標情報に基づいて、円弧加工指令を作成する（図３のステップＳＰ３）。
ここで、円弧加工指令について、図４を参照して説明する。円弧加工指令は、図４に示すように、始点Ｐ１、終点Ｐｎ、及び各分割点Ｐ２乃至Ｐｎ−１において、その座標（Ｘ，Ｚ）と、その点から隣接する次の点までの加工に要する時間Ｔ（以下「時間」という。）、及びその点における接線方向の速度Ｖｔａｎを設定する。このとき、指令作成部１２は、始点Ｐ１及び各分割点Ｐ２乃至Ｐｎ−１における接線方向の速度Ｖｔａｎを同じ値に設定するとともに、終点Ｐｎにおける接線方向の速度Ｖｔａｎをゼロに設定する。
【００２２】
更に、始点Ｐ１及び各分割点Ｐ２乃至Ｐｎ−１については、上記接線方向の速度ＶｔａｎをＸ成分とＺ成分とに分割し、これら各成分における速度を円弧加工指令のうちの１つの情報として設定する。この結果、例えば、始点Ｐ１におけるＸ成分は速度Ｖｘ１に、Ｚ成分の速度はＶｚ１に設定されることとなる。
【００２３】
このようにして、指令作成部１２は、各点について、位置座標、時間、Ｘ成分及びＺ成分に係る速度を設定した円弧加工指令を作成すると、この円弧加工指令を出力する。
これにより、指令作成部１２により作成された円弧加工指令は、例えば、工作機械の制御装置に送られ、内部の記憶装置などに記憶されることとなる。そして、工作機械の制御装置が、この円弧加工指令に基づいて工具を移動させることにより、精度の高い円弧加工を実現させることができる。
【００２４】
以上、本実施形態に係る円弧加工指令作成装置によれば、指令作成部１２により作成される円弧加工指令において、終点Ｐｎにおける速度ベクトルがゼロに設定されるので、終点Ｐｎにおいて、確実に工具または工作物を停止させることが可能となる。これにより、この終点Ｐ０から始まる次の形状加工に速やかに移行させることができる。
つまり、図５に示すように、上記終点Ｐｎを始点とする新たな形状を加工する場合、終点Ｐｎにおいて加工を停止させることにより、図５において破線で示したようなオーバーシュートなどの発生を回避することが可能となる。これにより、高い精度で円弧加工を実現させることが可能となるとともに、次の形状加工に速やかに移行することが可能となる。
また、本実施形態に係る円弧加工指令作成装置によれば、指令作成部１２は、各点における接線方向の速度が一定になるように円弧加工指令を作成するので、接線方向における加工速度を一定に保ちながら、始点から終点まで円弧状に加工対象物を加工することが可能となる。これにより、円滑な加工面を作成することが可能となる。
【００２５】
なお、上述した実施形態においては、上記終点Ｐｎから新たに始まる次の軌跡の形状に拘わらず、常に、終点Ｐｎにおける速度をゼロに設定させていたが、この例に限られず、以下のように終点Ｐｎにおける接線方向における速度を設定するようにしても良い。
例えば、まず、指令作成部１２は、終点Ｐｎにおける速度を設定するに当たり、まず、図６に示すように、終点Ｐｎにおける接線ベクトルＰｔ１及び終点Ｐｎから始まる次の軌跡Ｌに対する終点Ｐｎにおける接線ベクトルＰｔ２を算出する。
続いて、これら接線ベクトルＰｔ１、Ｐｔ２の変化量、例えば、Ｐｔ１とＰｔ２との間の角θが所定の値（例えば、θｍａｘ）以上であった場合に、終点Ｐｎにおける接線方向の速度ベクトルをゼロに設定する。
例えば、接線ベクトルＰｔ１と、Ｐｔ２とが略平行状態にあった場合、つまり、上記θが限りなくゼロに近かった場合には、終点Ｐｎにおける接線方向の速度をゼロに設定するのではなく、他の点と同じ速度Ｖｔａｎに設定する。
これにより、例えば、終点Ｐｎにおける加工方向の切替しなどがない場合には、加工速度を減速することなく、速やかに次の軌跡の加工を実施することが可能となる。これにより、終点Ｐｎにおける加工面を滑らかにすることが可能となる。
【００２６】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、本発明の円弧加工指令作成装置は、上述したような工作機械に適用される他、例えば、加工の寸法や形状の解析を行う解析支援装置や、ロボットを制御する数値制御装置などに幅広く適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に係る円弧加工指令作成装置の構成を模式的に示したブロック図である。
【図２】本発明の円弧加工指令作成装置により作成される円弧、分割点について説明するための図である。
【図３】本発明の円弧加工指令作成装置により実現される処理手順を示したフローチャートである。
【図４】図１に示した指令作成部により作成される円弧加工指令の一例を示した図である。
【図５】本実施形態に係る円弧加工指令作成装置の効果について説明するための図である。
【図６】終点における接点方向の速度を設定する場合の他の実施形態を示した図である。
【符号の説明】
【００２８】
１１  分割点設定部
１２  指令作成部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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