特許 6440984 停止距離による加減速制御を行う数値制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6440984

(24)【登録日】2018年11月30日

(45)【発行日】2018年12月19日

(54)【発明の名称】停止距離による加減速制御を行う数値制御装置

(51)【国際特許分類】

   G05B 19/416 20060101AFI20181210BHJP

   B23Q 15/00 20060101ALI20181210BHJP

   G05B 19/4103 20060101ALI20181210BHJP

   B23Q 17/20 20060101ALI20181210BHJP

【ＦＩ】

   G05B19/416 W

   B23Q15/00 C

   G05B19/4103

   B23Q17/20 A

【請求項の数】2

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2014-148840(P2014-148840)

(22)【出願日】2014年7月22日

(65)【公開番号】特開2016-24661(P2016-24661A)

(43)【公開日】2016年2月8日

【審査請求日】2017年4月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】390008235

【氏名又は名称】ファナック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001151

【氏名又は名称】あいわ特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】上杉 孝弘

【審査官】 牧 初

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１−２８０２０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平６−１９０６７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平５−２２９７５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０５Ｂ １９／１８−１９／４１６

Ｇ０５Ｂ １９／４２−１９／４６

Ｂ２５Ｊ １／００−２１／０２

Ｂ２３Ｑ １７／００−１７／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の駆動軸を備えた加工機であって前記駆動軸の少なくとも一つにプローブを備えた加工機を加工プログラムに基づいて制御し、前記プローブを備えた駆動軸をワークと相対移動させることによりワークの測定を行う数値制御装置において、
前記加工プログラムに基づいて前記駆動軸の動作を指令する指令データを出力する指令解析手段と、
前記指令解析手段が出力した前記指令データに基づいて、補間周期毎の動作経路上の前記駆動軸の位置を示す補間データを算出する補間処理を行う補間手段と、
前記指令解析手段が出力した前記指令データと、前記補間手段が算出した前記補間データとに基づいて、補間周期毎の前記駆動軸の速度を算出する加減速制御手段と、
前記駆動軸の現在の速度と加速度とに基づいて、前記駆動軸の停止加速度を算出する停止距離計算手段と、
を備え、
前記停止距離計算手段は、前記加工機にショックが生じない最大加速度で停止させた場合に前記プローブを備えた駆動軸が現在の速度から停止するまでに移動する距離と、前記プローブが破損しない停止距離とに基づいて、前記プローブを備えた駆動軸を停止させる加速度を算出し、
前記停止距離計算手段は、前記加工機にショックが生じない最大加速度で停止させた場合に前記プローブを備えた駆動軸が現在の速度から停止するまでに移動する距離が、前記プローブが破損しない停止距離以下の場合には、前記加工機にショックが生じない最大加速度を前記停止加速度として算出し、前記加工機にショックが生じない最大加速度で停止させた場合に前記プローブを備えた駆動軸が現在の速度から停止するまでに移動する距離が、前記プローブが破損しない停止距離より長い場合には、前記プローブが破損しない停止距離で停止する時の加速度を前記停止加速度として算出し、
前記加減速制御手段は、前記停止距離計算手段が算出した前記プローブを備えた駆動軸を停止させる加速度に基づいて、補間周期毎に前記駆動軸の速度を算出し、
前記補間手段は、前記補間データと、前記加減速制御手段が算出した前記駆動軸の速度とに基づいて、前記駆動軸を制御するデータを出力する、
ことを特徴とする数値制御装置。

【請求項2】

前記加減速制御手段は、前記プローブを備えた駆動軸の速度であって、前記速度から前記加工機の最大許容加速度で前記プローブを備えた駆動軸を停止させた場合に前記プローブが破損しない距離内で停止できる速度である許容速度を算出し、前記許容速度を超えない範囲で前記プローブを備えた駆動軸の速度を算出する、
ことを特徴とする請求項1に記載の数値制御装置。

【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、特にタッチプローブの破損を回避すると共に、加工機に与えるショックは小さくするように各軸の加減速制御を行うことを可能とする数値制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

加工機上でワークなどの被測定物の形状を計測することは、高精度の加工を行う上で非常に重要である。被測定物の形状を計測する技術として、タッチプローブの先端を被測定物の表面に接触させて、被測定物の形状を計測する技術が従来から知られている。
このような従来技術における計測手法では、タッチプローブはいずれかの駆動軸により移動可能に支持され、タッチプローブの先端が接触した際の駆動軸の位置に基づいて被測定物の形状を計測している。

【0003】

一方で、加工機の各駆動軸の加速能力を十分活かした加減速制御をするために、軸ごとに設定された許容最大加速度に応じて工具の接線速度を制御する加工機の制御装置の技術が開示されている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第３０３４８４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

タッチプローブを用いて被測定物の形状測定する場合、タッチプローブが被測定物に接触することによって信号が発生し、信号を受信した数値制御装置からタッチプローブを移動可能に支持している駆動軸が停止制御されることでタッチプローブが停止するが、その際にタッチプローブが被測定物に接触して所定の距離以内で停止しないとタッチプローブを破損するという問題がある。

【0006】

しかしながら、例えば特許文献１に記載の技術を用いて許容最大加速度で軸移動するように制御したとしても、停止指令が出されてから所定の距離以内に停止できずに、タッチプローブを破損してしまうことがある。このような事態を回避するために、許容最大加速度を大きな値に設定するという方法も考えられるが、そのような設定をした場合、駆動軸は常に可能な限り許容最大加速度に近い加速度で停止するため、停止距離は短くなりタッチプローブの破損は回避されるものの、停止時に加工機に与えるショックが大きくなり、加工機に大きな負荷がかかるという問題があった。

【0007】

そこで、本発明の目的は、タッチプローブの破損を回避すると共に、加工機に与えるショックを小さくするように各軸の加減速制御を行うことを可能とする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】

【0008】

本願の請求項１に係る発明は、複数の駆動軸を備えた加工機であって前記駆動軸の少なくとも一つにプローブを備えた加工機を加工プログラムに基づいて制御し、前記プローブを備えた駆動軸をワークと相対移動させることによりワークの測定を行う数値制御装置において、前記加工プログラムに基づいて前記駆動軸の動作を指令する指令データを出力する指令解析手段と、前記指令解析手段が出力した前記指令データに基づいて、補間周期毎の動作経路上の前記駆動軸の位置を示す補間データを算出する補間処理を行う補間手段と、前記指令解析手段が出力した前記指令データと、前記補間手段が算出した前記補間データとに基づいて、補間周期毎の前記駆動軸の速度を算出する加減速制御手段と、前記駆動軸の現在の速度と加速度とに基づいて、前記駆動軸の停止加速度を算出する停止距離計算手段と、を備え、前記停止距離計算手段は、前記加工機にショックが生じない最大加速度で停止させた場合に前記プローブを備えた駆動軸が現在の速度から停止するまでに移動する距離が、前記プローブが破損しない停止距離以下の場合には、前記加工機にショックが生じない最大加速度を前記停止加速度として算出し、前記加工機にショックが生じない最大加速度で停止させた場合に前記プローブを備えた駆動軸が現在の速度から停止するまでに移動する距離が、前記プローブが破損しない停止距離より長い場合には、前記プローブが破損しない停止距離で停止する時の加速度を前記停止加速度として算出し、前記加減速制御手段は、前記停止距離計算手段が算出した前記プローブを備えた駆動軸を停止させる加速度に基づいて、補間周期毎に前記駆動軸の速度を算出し、前記補間手段は、前記補間データと、前記加減速制御手段が算出した前記駆動軸の速度とに基づいて、前記駆動軸を制御するデータを出力する、ことを特徴とする数値制御装置である。

【0009】

本願の請求項２に係る発明は、前記加減速制御手段が、前記プローブを備えた駆動軸の速度であって、前記速度から前記加工機の最大許容加速度で前記プローブを備えた駆動軸を停止させた場合に前記プローブが破損しない距離内で停止できる速度である許容速度を算出し、前記許容速度を超えない範囲で前記プローブを備えた駆動軸の速度を算出する、ことを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置である。

【発明の効果】

【0010】

本発明により、停止指令されてから指定した距離内で停止するように加減速制御する制御手法と、最大加速度で停止した場合に指定した距離内で停止できる速度を超過しないように加減速制御し速度を制限する制御手法とにより、タッチプローブを備えた駆動軸を指定した距離内で停止するように加減速制御することで、必要十分な加速度で停止するため、タッチプローブの破損を回避できると共に、また、加工機へ与えるショックを小さくすることが可能な数値制御装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施の形態における数値制御装置の要部ブロック図である。

【図2】本発明の実施の形態における数値制御装置の機能ブロック図である。

【図3】本発明の実施の形態における停止距離研鑽処理のフローチャートである。

【図4】本発明の実施の形態における加減速制御処理のフローチャートある。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は、本発明に係る実施形態の数値制御装置の要部ブロック図である。数値制御装置１０のプロセッサ（ＣＰＵ）１１は、数値制御装置１０を全体的に制御するプロセッサである。プロセッサ１１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、このシステムプログラムに従って数値制御装置１０を全体的に制御する。ＲＡＭ１３には一時的な計算データや表示データ及びＬＣＤ／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。

【0013】

ＳＲＡＭ１４は図示しないバッテリでバックアップされ、数値制御装置１０の電源がオフされても記憶状態が保持される不揮発性メモリとして構成され、後述する加減速制御処理を数値制御装置に実行させるためのプログラムや、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、ＬＣＤ／ＭＤＩユニット７０を介して入力された加工プログラム等が記憶されるようになっている。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や自動運転のための処理を実施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。

【0014】

インタフェース１５は数値制御装置１０に接続可能な外部機器のためのインタフェースであり、外部記憶装置などの外部機器７１が接続される。外部記憶装置からは加工プログラムなどが読み込まれる。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１０に内蔵されたシーケンスプログラムで加工機側の補助装置等を制御する。すなわち、加工プログラムで指令されたＭ機能、Ｓ機能及びＴ機能に従って、これらシーケンスプログラムにより補助装置側で必要な信号を変換し、Ｉ／Ｏユニット１７から補助装置側に出力する。この出力信号により各種アクチュエータ等の補助装置が作動する。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、必要な処理をしてプロセッサ１１に渡す。

【0015】

加工機の各軸の現在位置、アラーム、パラメータ、画像データ等の画像信号はＬＣＤ／ＭＤＩユニット７０に送られ、そのディスプレイに表示される。ＬＣＤ／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ＬＣＤ／ＭＤＩユニット７０のキーボードからデータを受けてプロセッサ１１に渡す。

【0016】

加工機のＸ，Ｙ，Ｚ軸の各軸サーボ制御回路３０〜３２はプロセッサ１１からの各軸の移動指令を受けて、各軸の指令をサーボアンプ４０〜４２に出力する。サーボアンプ４０〜４２はこの指令を受けて加工機の各軸のサーボモータ５０〜５２を駆動する。各軸のサーボモータ５０〜５２には位置検出用のパルスコーダが内蔵されており、このパルスコーダからの位置信号がパルス列としてフィードバックされる。
インタフェース１９はタッチプローブなどの計測装置６０に接続され、計測装置６０により出力された検出信号などを受信してプロセッサ１１へ渡す。

【0017】

図２は、本発明の一実施形態における数値制御装置１０の機能ブロック図である。
数値制御装置１０は、指令解析部１１０、補間部１２０、加減速制御部１３０、停止距離計算部１４０を備えている。
従来技術と比較して、本実施の形態の数値制御装置１０は、停止距離を求める停止距離計算部１４０を有することが特徴となっている。
指令解析部１１０はＳＲＡＭ１４などから読み込んだ加工プログラムのプログラム指令や、システムプログラムなどから出力された停止指令を解析し、補間部１２０と加減速制御部１３０が用いるデータへと変換する。補間部１２０は、指令解析部１１０が出力したデータに基づいて指令経路上の点を補間周期で補間計算したデータを生成し、当該データと加減速制御部１３０からの出力されたデータとに基づいて各サーボ軸を制御する。

【0018】

加減速制御部１３０は、指令解析部１１０が出力したデータ、補間部１２０が出力した補間データ、および後述する停止距離計算部１４０の停止距離計算処理により出力される指令とに基づいて、加減速制御処理を行い補間周期毎の各駆動軸の速度を算出する。制御対象となる各駆動軸の速度は、指令解析部１１０が解析したデータに含まれる指令速度や、補間部１２０が出力した補間データに含まれる各軸の補間周期毎に位置、加減速時定数などの設定値に基づいて算出される。
停止距離計算部１４０は、加減速制御部１３０から取得した補間周期毎の各駆動軸の速度と、補間周期毎の各駆動軸の速度から算出される加速度の値に基づいて、プローブを移動可能に支持している駆動軸の停止距離を算出し、算出した停止距離に基づいて決定した停止加速度を加減速制御部１３０に出力する。
なお、補間周期毎の位置、速度、加速度などについては、加工機を制御する数値制御装置において従来から取得されている情報であるので、計算方法など詳細な記載は省略する。

【0019】

以下で、本実施の形態の停止距離計算部１４０が実行する停止距離計算処理の概要について説明する。
本実施の形態の停止距離計算処理では、タッチプローブを用いて被測定物の形状測定する際にタッチプローブが被測定物に接触した後にタッチプローブを移動可能に支持する駆動軸を停止する停止制御において、以下の手順により駆動軸の現在の速度と加速度とに基づいて加工機やタッチプローブ等の破損を回避できる適切な停止距離を算出する。

【0020】

最初に、加工機にショックが出ない最大加速度Ａ１を指定する。最大加速度Ａ１は、ＳＲＡＭ１４などに記憶された数値制御装置１０の設定パラメータ等であらかじめ設定しておくようにしてもよい。
次に、タッチプローブが速度Ｖで被測定物に接触した時に、加速度Ａ１で停止した時の停止距離ＬＡを以下の数１式で計算する。

【0021】

【数1】

【0022】

更に、タッチプローブを破損しない停止距離をＬＳとして、数２式を満足するか判定する。なお、タッチプローブを破損しない停止距離ＬＳはＳＲＡＭ１４などに記憶された数値制御装置１０の設定パラメータ等であらかじめ設定しておくようにしてもよい。

【0023】

【数2】

【0024】

そして、加速度Ａ１で停止した時の停止距離ＬＡと、タッチプローブを破損しない停止距離ＬＳとが、数２式を満足する場合には、加速度Ａ１で停止する指令を加減速制御部１３０へ出力し、数２式を満足しない場合には、停止距離ＬＳで停止するときの加速度ＡＳを数３式で計算した上で、加速度ＡＳで停止する指令を加減速制御部１３０へ出力する。

【0025】

【数3】

【0026】

図３は、停止距離計算部１４０が実行する停止距離計算処理のフローチャートである。
●［Ｓ３０１］加工機にショックが出ない最大加速度Ａ１と、タッチプローブが速度Ｖに基づいて、加速度Ａ１で停止した時の停止距離ＬＡを算出する。
●［Ｓ３０２］Ｓ３０１で算出した加速度Ａ１で停止した時の停止距離ＬＡと、タッチプローブを破損しない停止距離ＬＳとを比較する。加速度Ａ１で停止した時の停止距離ＬＡが、タッチプローブを破損しない停止距離ＬＳ以下の場合にはＳ３０３へ進み、加速度Ａ１で停止した時の停止距離ＬＡが、タッチプローブを破損しない停止距離ＬＳよりも長い場合にはＳ３０４へと進む。
●［Ｓ３０３］加速度Ａ１で停止する指令を加減速制御部１３０へ出力する。
●［Ｓ３０４］停止距離ＬＳで停止するときの加速度ＡＳを算出する。
●［Ｓ３０５］加速度ＡＳで停止する指令を加減速制御部１３０へ出力する。

【0027】

以上、停止距離計算部１４０が実行する停止距離計算処理として、タッチプローブを用いて被測定物の形状測定する際にタッチプローブが被測定物に接触した後の停止制御において、加工機やタッチプローブ等の破損を回避できる適切な停止距離を算出する例を示したが、本発明の他の実施の形態として、タッチプローブを用いて被測定物の形状測定する際に、タッチプローブが被測定物に接触後に最大許容加速度で減速停止した場合に指定した距離内に停止できるように、加減速制御部１３０がタッチプローブを支持する駆動軸の速度を制御する指令を出力するように構成することもできる。

【0028】

以下で、他の実施の形態における加減速制御部１３０が実行する加減速制御処理の概要について説明する。
最初に、加工機にショックは出るものの、許容できる加速度である最大許容加速度Ａ２を定義する。最大許容加速度Ａ２は、ＳＲＡＭ１４などに記憶された数値制御装置１０の設定パラメータ等であらかじめ設定しておくようにしてもよい。
次に、タッチプローブが被測定物に接触した後、最大許容加速度Ａ２で停止した場合において、タッチプローブが破損しない停止距離ＬＳで停止できる許容速度ＶＳを数４式で計算する。

【0029】

【数4】

【0030】

更に、指令解析部１１０が加工プログラムを解析して得られた移動指令により指令された速度をＶとして、数５式を満足するか判定する。

【0031】

【数5】

【0032】

そして、指令された速度Ｖが、許容速度ＶＳ以下であると判定された場合には、速度Ｖまで加減速するように補間周期毎の駆動軸の速度を算出して補間部１２０へと出力し、指令された速度Ｖが、許容速度ＶＳよりも大きい場合には、速度ＶＳまで加減速するように補間周期毎の駆動軸の速度を算出して補間部１２０へと出力する。

【0033】

図４は、加減速制御部１３０が実行する加減速制御処理のフローチャートである。
●［Ｓ４０１］タッチプローブを破損しない停止距離ＬＳと、最大許容加速度Ａ２とに基づいて、タッチプローブが破損しない停止距離ＬＳで停止できる許容速度ＶＳを算出する。
●［Ｓ４０２］加工プログラムを解析して得られた移動指令により指令された速度Ｖと、Ｓ４０１で算出した許容速度ＶＳとを比較する。速度Ｖが許容速度ＶＳ以下の場合にはＳ４０３へ進み、速度Ｖが許容速度ＶＳよりも大きい場合にはＳ４０４へと進む。
●［Ｓ４０３］速度Ｖまで加減速するように補間周期毎の駆動軸の速度を算出して補間部１２０へ出力する。
●［Ｓ４０４］速度ＶＳまで加減速するように補間周期毎の駆動軸の速度を算出して補間部１２０へと出力する。

【符号の説明】

【0034】

１０ 数値制御装置
１１ ＣＰＵ
１２ ＲＯＭ
１３ ＲＡＭ
１４ ＳＲＡＭ
１５，１８，１９ インタフェース
１６ ＰＭＣ
１７ Ｉ／Ｏユニット
２０ バス
３０，３１，３２ 軸制御回路
４０，４１，４２ サーボアンプ
５０，５１，５２ サーボモータ
７０ ＬＣＤ／ＭＤＩユニット
７１ 外部機器
１１０ 指令解析部
１２０ 補間部
１３０ 加減速制御部
１４０ 停止距離計算部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】