(57)【要約】【課題】工具の移動経路のズレを検出することが可能な数値制御装置を提供すること。【解決手段】本発明の数値制御装置は、プログラムからブロックを読み出して解析し、解析した結果に基づいて移動指令データを生成する指令解析部１００と、移動指令データに基づいて補間処理を行って補間データを生成する補間部１１０と、補間データに基づいて各軸を制御するサーボ制御部１３０と、移動指令データと、補間データと、各軸の現在位置とに基づいて、プログラムにより指令されるプログラム指令経路と、今制御周期における各軸の移動量を加算した後の前記工具の工具先端点との距離を算出し、算出した該距離があらかじめ定めた許容量以上であるか否かを判定する経路ズレ判定部１４０と、前記距離があらかじめ定めた許容量以上であると判定された場合にアラートを出力するアラート部１５０と、を備える。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
テーブルに取付けられた加工物に対して加工を行う工具の工具先端点を直線軸３軸回転軸２軸を含む軸により駆動する５軸加工機をプログラムに基づいて制御する数値制御装置において、
前記プログラムのブロックを読み出して解析し、解析した結果に基づいて生成した移動指令データを出力する指令解析部と、
前記移動指令データに基づいて補間処理を行って補間データを生成し、生成した補間データを出力する補間部と、
前記補間データに基づいて前記軸を制御するサーボ制御部と、
前記移動指令データと、前記補間データと、前記軸の現在位置とに基づいて、前記プログラムにより指令されるプログラム指令経路と、今制御周期における前記軸の移動量を加算した後の前記工具の工具先端点との距離を算出し、算出した該距離があらかじめ定めた許容量以上であるか否かを判定する経路ズレ判定部と、
前記経路ズレ判定部が、前記距離があらかじめ定めた許容量以上であると判定した場合、アラートを出力するアラート部と、
を備えたことを特徴とする数値制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、数値制御装置に関し、特に工具の移動経路のズレを検出する数値制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
５軸加工機能では、指令された工具先端経路に対し、工具の回転およびテーブルの回転を考慮し、制御点経路を求めている。その制御点経路でモータを動作させることにより、実際の機械の工具先端が結果的に、指令された経路上を動作することになる（例えば、特許文献１など）。制御点経路から工具先端経路を求めるツールは存在するが（例えば、特許文献２）、加工終了後に検証するためのものであり、加工中に誤動作を防止するためのものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１９５９１７号公報
【特許文献２】特開２０１１−０４３８７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
５軸加工機によるワーク加工の自動運転中に、工具を交換したり、加工の状況を確認したりするために、自動運転を中断してオペレータによる手動運転へと切り換えることがある。工具の交換や、加工の状況確認のためには、オペレータは手動操作により工具を自動中断時の位置から移動させる必要があるが、オペレータが目的を遂げた後に工具の先端を誤った位置に動かして（手動操作後元の位置に復帰せずに）加工を再開すると、実際の工具先端位置が指令経路から乖離し、誤切削や機械の干渉を起こしてしまうという問題があった。
【０００５】
そこで本発明の目的は、工具の移動経路のズレを検出することが可能な数値制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明では、図１に示すように、数値制御装置が出力しようとしている制御点位置に対して、回転軸位置と工具長を基に通常と逆の計算を行って工具先端位置を求め、求まった工具先端位置とプログラム指令経路との距離を算出し、算出した距離が許容量以上に乖離していた場合、前記制御点位置への移動パルスを出力しないでアラームを発生させて自動運転を停止させる機能を数値制御装置に設けることで、上記課題を解決する。この監視を加工中に時々刻々と行うことで、本発明の数値制御装置は、予期せぬ問題による誤切削・機械の干渉を未然に防ぐことができるようになる。
【０００７】
そして、本発明の請求項１に係る発明は、テーブルに取付けられた加工物に対して加工を行う工具の工具先端点を直線軸３軸回転軸２軸を含む軸により駆動する５軸加工機をプログラムに基づいて制御する数値制御装置において、前記プログラムのブロックを読み出して解析し、解析した結果に基づいて生成した移動指令データを出力する指令解析部と、前記移動指令データに基づいて補間処理を行って補間データを生成し、生成した補間データを出力する補間部と、前記補間データに基づいて前記軸を制御するサーボ制御部と、前記移動指令データと、前記補間データと、前記軸の現在位置とに基づいて、前記プログラムにより指令されるプログラム指令経路と、今制御周期における前記軸の移動量を加算した後の前記工具の工具先端点との距離を算出し、算出した該距離があらかじめ定めた許容量以上であるか否かを判定する経路ズレ判定部と、前記経路ズレ判定部が、前記距離があらかじめ定めた許容量以上であると判定した場合、アラートを出力するアラート部と、を備えたことを特徴とする数値制御装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、経路のズレの監視を加工中に時々刻々と行うことで、予期せぬ問題による誤切削・機械の干渉を未然に防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】工具先端点がプログラム指令経路からのズレた場合を示す図である。
【図２】本発明において想定している工具先端点の経路ズレについて説明する図である。
【図３】プログラム指令経路と工具先端点との距離の算出方法について説明する図（１）である。
【図４】プログラム指令経路と工具先端点との距離の算出方法について説明する図（２）である。
【図５】プログラム指令経路と工具先端点との距離の算出方法について説明する図（３）である。
【図６】本発明の一実施形態による数値制御装置の概略的なハードウェア構成図である。
【図７】本発明の一実施形態による数値制御装置の概略的な機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。はじめに、図２から図５を用いて本発明の経路ズレ検出機能の概要を説明する。
図２は、本発明において想定している工具先端点の経路ズレについて説明する図である。なお、図２では説明を簡単にするために、各プログラム指令点の間のプログラム指令経路は直線としている。本発明では、特許文献１，２などに開示される５軸加工機を制御する数値制御装置を想定している。本発明の数値制御装置は、実行中のプログラムの各ブロックにより指令されるプログラム指令点へと工具先端点を移動させる際に、今回の制御周期において工具先端点が移動する移動先の点が、プログラムの指令点からあらかじめ定めた許容量以上に離れていた場合に、各軸への移動量の加算（移動パルスの出力）を行わずにアラームを発生させて自動運転を停止させる。
【００１１】
図２の例では、図２下に例示したプログラムに従って自動運転している時のＮ２ブロックの実行中に、オペレータが自動運転を中断して手動操作を行い、その後工具の先端を誤った位置に動かして自動運転を再開した場合の例を示している。この時、本発明の数値制御装置は、本来そのまま自動運転していた場合にＮ２ブロックの指令により工具先端点が描くプログラム指令経路と、現在の制御点の位置に今回の制御周期において各軸に加算される移動量を加算した場合の制御点の位置に基づいて求めた工具先端点の位置との距離を算出し、算出した距離があらかじめ定めた所定の許容値以上である場合に各軸への移動量の加算（移動パルスの出力）を行わずにアラームを発生させて自動運転を停止させる。
【００１２】
本発明の数値制御装置は、プログラム指令経路と、工具先端点Ｔの位置との距離を、３つの場合に分けて算出する。
図３は、自動運転中断時に実行していたブロックによるプログラム指令経路を含む直線と、該直線に対して工具先端点Ｔの位置から下ろした垂線との交点Ｐが、プログラム指令経路の始点と終点の間にある場合の、プログラム指令経路と、工具先端点Ｔの位置との距離の算出方法を示す図である。図３に示すような位置関係にある場合、本発明の数値制御装置は、工具先端点Ｔと、工具先端点Ｔの位置から自動運転中断時に実行していたブロックによるプログラム指令経路と、該プログラム指令経路に対して下ろした垂線との交点Ｐとの距離を、プログラム指令経路と、工具先端点Ｔの位置との距離とする。
【００１３】
図４は、自動運転中断時に実行していたブロックによるプログラム指令経路を含む直線と、該直線に対して工具先端点Ｔの位置から下ろした垂線との交点Ｐが、プログラム指令経路の終点から見てプログラム指令経路の始点の向こうにある場合の、プログラム指令経路と、工具先端点Ｔの位置との距離の算出方法を示す図である。図４に示すような位置関係にある場合、本発明の数値制御装置は、工具先端点Ｔと、プログラム指令経路の始点との距離を、プログラム指令経路と、工具先端点Ｔの位置との距離とする。
【００１４】
図５は、自動運転中断時に実行していたブロックによるプログラム指令経路を含む直線と、該直線に対して工具先端点Ｔの位置から下ろした垂線との交点Ｐが、プログラム指令経路の始点から見てプログラム指令経路の終点の向こうにある場合の、プログラム指令経路と、工具先端点Ｔの位置との距離の算出方法を示す図である。図５に示すような位置関係にある場合、本発明の数値制御装置は、工具先端点Ｔと、プログラム指令経路の終点との距離を、プログラム指令経路と、工具先端点Ｔの位置との距離とする。
【００１５】
以下では、本発明の一実施形態による数値制御装置の構成を説明する。
図６は、本発明の一実施形態による数値制御装置と該数値制御装置によって駆動制御される加工機の要部を示すハードウェア構成図である。数値制御装置１が備えるＣＰＵ１１は、数値制御装置１を全体的に制御するプロセッサである。ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２に格納されたシステム・プログラムをバス２０を介して読み出し、該システム・プログラムに従って数値制御装置１全体を制御する。ＲＡＭ１３には一時的な計算データや表示データ及び後述する表示器／ＭＤＩユニット７０を介してオペレータが入力した各種データ等が格納される。
【００１６】
不揮発性メモリ１４は、例えば図示しないバッテリでバックアップされるなどして、数値制御装置１の電源がオフされても記憶状態が保持されるメモリとして構成される。不揮発性メモリ１４には、インタフェース１５を介して読み込まれた加工プログラムや後述する表示器／ＭＤＩユニット７０を介して入力された加工プログラムが記憶されている。不揮発性メモリ１４には更に、加工プログラムを運転するために用いられる加工プログラム運転処理用プログラム等が記憶されるが、これらプログラムは実行時にはＲＡＭ１３に展開される。また、ＲＯＭ１２には、加工プログラムの作成及び編集のために必要とされる編集モードの処理などを実行するための各種のシステム・プログラムがあらかじめ書き込まれている。
【００１７】
インタフェース１５は、数値制御装置１とアダプタ等の外部機器７２と接続するためのインタフェースである。外部機器７２側からは加工プログラムや各種パラメータ等が読み込まれる。また、数値制御装置１内で編集した加工プログラムは、外部機器７２を介して外部記憶手段に記憶させることができる。ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コントローラ）１６は、数値制御装置１に内蔵されたシーケンス・プログラムで加工機の周辺装置（例えば、工具交換用のロボットハンドといったアクチュエータ）にＩ／Ｏユニット１７を介して信号を出力し制御する。また、加工機の本体に配備された操作盤の各種スイッチ等の信号を受け、必要な信号処理をした後、ＣＰＵ１１に渡す。
【００１８】
表示器／ＭＤＩユニット７０はディスプレイやキーボード等を備えた手動データ入力装置であり、インタフェース１８は表示器／ＭＤＩユニット７０のキーボードからの指令，データを受けてＣＰＵ１１に渡す。インタフェース１９は手動パルス発生器等を備えた操作盤７１に接続されている。
【００１９】
加工機が備える軸を制御するための軸制御回路３０はＣＰＵ１１からの軸の移動指令量を受けて、軸の指令をサーボアンプ４０に出力する。サーボアンプ４０はこの指令を受けて、加工機が備える軸を移動させるサーボモータ５０を駆動する。軸のサーボモータ５０は位置・速度検出器を内蔵し、この位置・速度検出器からの位置・速度フィードバック信号を軸制御回路３０にフィードバックし、位置・速度のフィードバック制御を行う。なお、図６のハードウェア構成図では軸制御回路３０、サーボアンプ４０、サーボモータ５０は１つずつしか示されていないが、実際には加工機に備えられた軸の数だけ用意される。例えば、５軸加工機の場合、直線３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）と回転２軸（Ａ軸、Ｃ軸）の分だけ軸制御回路３０、サーボアンプ４０、サーボモータ５０が用意される。
【００２０】
スピンドル制御回路６０は、加工機への主軸回転指令を受け、スピンドルアンプ６１にスピンドル速度信号を出力する。スピンドルアンプ６１はこのスピンドル速度信号を受けて、加工機のスピンドルモータ６２を指令された回転速度で回転させ、工具を駆動する。
スピンドルモータ６２にはポジションコーダ６３が結合され、ポジションコーダ６３が主軸の回転に同期して帰還パルスを出力し、その帰還パルスはＣＰＵ１１によって読み取られる。
【００２１】
図７は、上記で説明した経路ズレ検出機能を実現するためのシステム・プログラムを図６で示した数値制御装置１に実装した、本発明の一実施形態による数値制御装置の概略的な機能ブロック図である。図７に示した各機能ブロックは、図６に示した数値制御装置１が備えるＣＰＵ１１が、経路ズレ検出機能のシステム・プログラムを実行し、数値制御装置１の各部の動作を制御することにより実現される。本実施形態の数値制御装置１は、指令解析部１００、補間部１１０、サーボ制御部１３０、経路ズレ判定部１４０、アラート部１５０を備える。
【００２２】
指令解析部１００は、図示しないメモリから読み出したプログラムに含まれる加工指令のブロックを解析して移動指令に係るデータを生成し、生成した移動指令に係るデータを補間部１１０及び経路ズレ判定部１４０へと出力する。
補間部１１０は、指令解析部１００から受け付けた移動指令に係るデータに基づいて、移動指令に係るデータにより指令される指令経路上の点を制御周期で補間計算した補間データを生成し、生成した補間データ（各制御周期の各軸の移動量）をサーボ制御部１３０へと出力する。
そして、サーボ制御部１３０は、補間部１１０の出力に基づいて制御対象となる各軸を制御するサーボモータ５０を制御する。
【００２３】
経路ズレ判定部１４０は、指令解析部１００が解析した移動指令に係るデータに基づいて、各ブロックにより指令されるプログラム指令経路を求めると共に、補間部１１０からサーボ制御部１３０に入力された補間データ（各制御周期の各軸の移動量）と、サーボ制御部１３０がサーボモータ５０からのフィードバックなどに基づいて保持する各軸の現在位置とに基づいて、上記で説明した処理を実行し、現在実行しているプログラム指令経路と、各軸に対して今制御周期の移動量を加算した後の工具先端点の位置との距離を算出し、算出した距離があらかじめ定めた許容量δ以上であるか否かを判定する。そして、現在実行しているプログラム指令経路と、各軸に対して今制御周期の移動量を加算した後の工具先端点の位置との距離があらかじめ定めた許容量δ以上である場合、アラート部１５０に対してアラートを出力するように指令する。
【００２４】
アラート部１５０は、経路ズレ判定部１４０からアラートを出力するように指令されると、サーボ制御部１３０に対して、今制御周期以降の各軸の移動量の加算（移動パルスの出力）を停止するように指令すると共に、表示機／ＭＤＩユニット７０に対して音や光、表示器への表示をするなどして、オペレータに対してアラートを知らせる。
【００２５】
以上、ここまで本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態の例にのみ限定されるものでなく、適宜の変更を加えることにより様々な態様で実施することができる。
【符号の説明】
【００２６】
１  数値制御装置
１１  ＣＰＵ
１２  ＲＯＭ
１３  ＲＡＭ
１４  不揮発性メモリ
１５  インタフェース
１６  ＰＭＣ
１７  Ｉ／Ｏユニット
１８，１９  インタフェース
２０  バス
３０  軸制御回路
４０  サーボアンプ
５０  サーボモータ
６０  スピンドル制御回路
６１  スピンドルアンプ
６２  スピンドルモータ
６３  ポジションコーダ
７０  表示器／ＭＤＩユニット
７１  操作盤
７２  外部機器
１００  指令解析部
１１０  補間部
１３０  サーボ制御部
１４０  経路ズレ判定部
１５０  アラート部
【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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【図７】
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