CN111796555B

CN111796555B - 数值控制装置

Info

Publication number: CN111796555B
Application number: CN202010260757.XA
Authority: CN
Inventors: 大西庸士
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-04-05
Filing date: 2020-04-03
Publication date: 2024-09-20
Anticipated expiration: 2040-04-03
Also published as: DE102020001990A1; US11112774B2; CN111796555A; JP6997131B2; US20200319887A1; JP2020170470A

Abstract

本发明提供数值控制装置。该数值控制装置根据是否预读程序的执行中的块之后的预定的基准块的执行所需的该基准块之后的块，判定来自程序的块的预读是否充足，在该判定结果表示预读不充足的情况下，进行来自程序的块的预读。

Description

数值控制装置

技术领域

本发明涉及数值控制装置，特别是涉及具备程序的预读功能的数值控制装置。

背景技术

数值控制装置往往具备在执行程序的块前使该块预先在存储器上读出而预先进行解析的预读功能(例如，参照日本特开平09-069003号公报、日本特开2007-094936号公报以及日本特开2008-293261号公报)。通过该预读功能，能够实现考虑了在程序的目的地的一方被执行的块的指令形状、速度指令的修正功能、速度控制。

例如，在日本特开平09-069003号公报中公开了如下的技术：在进行工具直径修正时，预读多个程序的块，当在预读的指令块中，因修正的原因而产生工具与工件的干涉的情况下，变更修正的方向、修正量，由此避免工具与工件的干涉。

另外，在日本特开2007-094936号公报中公开了如下的技术：预读多个程序的块并考虑先被指令的指令速度，并且进行不产生急剧的减速等的速度控制。

在预读功能有效的情况下，在预读并解析时处理程序所含的宏语句。因此，在需要在执行块的时机处理宏语句的情况下，需要采取在该块的紧前放入缓存禁止命令等的应对。例如，若在预读并解析的时机处理与紧前的块的执行结束后的轴的位置对应地进行分支处理的宏语句，则导致基于在未进行紧前的块的执行的状态下获取的错误的轴的位置来进行分支处理，从而存在无法执行假定的处理的担忧。在这样的情况下，在该块的紧前放入缓存禁止命令，在紧前的块的执行结束后进行处理。

若将该缓存禁止命令放入程序，则在包含该命令的块的位置无法进行预读，因此会对上述的修正功能、速度控制产生影响。因此，存在宏语句的执行时机不严密的情况、在想要使预读优先的情况下不必放入缓存禁止命令而编制程序的情况。另外，即使只不理解预读的特性，而在本来应该放入缓存禁止命令的位置未放入，也存在程序偶尔无问题地进行动作的情况。

图7是表示包含宏语句的程序的例子的图。

在图7所示的程序中，在N0100块以及N0500块的宏语句中，获取处理该宏语句的时候的时刻并代入变量#100以及变量#101。然后，在N0510块中，计算变量#100以及变量#101的差，并代入变量#500。该变量#500表示位于N0100的块与N0500的块之间的块的执行花费多少时间。在这样的程序中，在想要正确知晓位于N0100的块与N0500的块之间的块的执行时间的情况下，本来需要在N0100块的紧前与N0500块的紧前放入缓存禁止命令。然而，即使操作人员忘记放入缓存禁止命令，程序的处理也不会产生较大的问题而动作，因此也存在不注意地进行实际作业的情况。

通常，预读功能在预先准备的预读用的缓存器被填满之前，只要处理能力允许，则执行预读。因此，在未将上述的缓存禁止命令放入程序的情况下，预读用的缓存器的缓存器容量越大，处理宏语句的时机与实际执行位于宏语句的前后的块的时机(将位于宏语句的前后的块的指令相对于机床、周边装置输出的时机)的时间上的间隙越增大。

图8以及图9是例示程序的块的预读与执行的样子的图。

图8示出了准备能够存储预读10个块大小的块的数据的缓存器的例子。另外，图9示出了准备能够存储预读100个块大小的块的数据的缓存器的例子。在图8以及图9中，一个矩形表示一个块，另外，多个矩形(块)纵向层叠而成的构成表示程序。

在图8以及图9中，从左向右并排表示程序的块的预读与执行的时间的推移。程序的块从上按顺序被预读，并且从上按顺序被执行。在图8以及图9中，由斜线阴影表示的矩形是包含宏语句的块，其他的块假定为是通常的NC块。另外，涂黑的矩形表示当前执行中的块，由竖线阴影表示的矩形表示已经执行完毕的块，另外，箭头指示的块之前被预读用缓存器预读。例如，在图8中，示出了在时刻t₀开始程序的预读以及执行，在时刻t₁的时候，第5块之前被缓存器预读，第1块为执行中的状态。

这里，在图8所示的例子(能够预读10个块大小)中，从当前执行中的块进行10个块大小的预读。在程序开始时刻t₀，从程序的前端的块按顺序进行预读，执行第1块。然后，在进行直至第10块的预读的时刻t₂的时候，缓存器被填满，从而预读停止。在该阶段，第1块为执行中。然后，若第1块的执行结束，则第1块的预读所使用的缓存器的区域被释放，从而能够进行第11块的预读。这样，块的预读以及执行进展，从而在第7块的执行结束，进行第8块的执行的时刻t_i，预读第17块(由斜线阴影表示的矩形)并进行解析(宏语句在此时被处理)。

另一方面，在图9所示的例子(能够预读100个块大小)中，从当前执行中的块预读至100块。在程序开始时刻t₀，从程序的前端的块按顺序进行预读，执行第1块。然后，例如程序的第17块(由斜线阴影表示的矩形)在时刻t₄的时候进行预读以及解析(宏语句在此时被处理)。另外，在此时执行第2块的块。

这样，在存储预读的块的数据的缓存器的缓存器容量较大的情况下，与缓存器容量较小的情况相比，预读块的时机与执行该块的时机的时间上的间隙增大。因此，若通过存储预读的块的数据的缓存器的缓存器容量较大的数值控制装置实施未放入缓存禁止命令的程序，则存在在假定的执行结果与实际的执行结果之间产生基于时间上的间隙的较大的差异并成为问题的情况。例如，图7的程序在通过存储预读的块的数据的缓存器的缓存器容量较小的数值控制装置执行的情况与通过缓存器容量较大的数值控制装置执行的情况下，存在在代入变量#500的值产生较大的差，从而导致各个执行结果(块N0520的判定结果)变化的情况。

发明内容

为了将这样的问题的产生抑制为最小限度，期望不仅使需要预读的功能(速度控制等)所需的预读优先，而且以不进行不必要的预读的方式进行预读的控制。这是因为不必要的预读存在带来将执行结果改变成不期望的结果等的负面影响的可能性。

另外，若存储预读的块的数据的缓存器的缓存器容量较大，则也存在被预读的块的解析处理的负荷在程序执行开始时集中的其它的问题。例如，在多个系统的系统中，在同时开始执行程序的情况下，存在各系统中的程序解析处理的负荷在程序执行开始时集中，从而对相互的处理给予影响的可能性。因此，优选负荷在程序的执行时间内在时间上进行分散。从该观点来看，也考虑为也可以不进行不必要的预读。

对此，期望根据当前执行的程序的状况进行预读适当的数量的块的控制的数值控制装置。

本发明的一个方式的数值控制装置在确保(预读以及解析)当前执行中的块之后的预定的块的执行所需的块数(针对每个块不同)之前，继续预读，若能够确保，则中断预读，由此解决上述课题。

本发明的数值控制装置具备预读程序的块的功能，该数值控制装置具备：预读充足判定部，其根据是否预读了上述程序的执行中的块之后的预定的基准块的执行所需的该基准块之后的块，判定来自上述程序的块的预读是否充足；以及预读解析部，其在上述预读充足判定部判定为来自上述程序的块的预读不充足的情况下，进行来自上述程序的块的预读。

上述预读充足判定部在上述基准块指令轴进给的情况下，在使轴以该指令中的限制速度移动时，在能够使该轴在所预读的块的执行时间内停止的情况下，能够判定为来自上述程序的块的预读充足。

上述预读充足判定部能够基于针对每个指令或者每个功能而设定的需要块数或者运算需要块数的式子，判定来自上述程序的块的预读是否充足。

作为与执行中的块之间的关系，也可以预先静态地设定上述基准块。

上述数值控制装置能够还具备基准块设定部，该基准块设定部根据执行中的块的执行状况或者所预读的块的执行时间，动态地设定基准块。

根据本发明，能够根据当前执行的程序的状况，预读适当的数量的块。

附图说明

图1是一个实施方式的数值控制装置的简要的硬件构成图。

图2是第1实施方式的数值控制装置的简要的功能框图。

图3A以及图3B是表示无法使轴的移动在预读的块的执行中停止的情况的图。

图4是表示能够使轴的移动在预读的块的执行中停止的情况的图。

图5是第2实施方式的数值控制装置的简要的功能框图。

图6是对基准块的设定方法进行说明的图。

图7是表示包含宏语句的程序的例子的图。

图8是表示程序的块的预读与执行的样子的一例的图。

图9是表示程序的块的预读与执行的样子的另一例的图。

具体实施方式

图1是表示本发明的一个实施方式的数值控制装置的主要部分的简要的硬件构成图。

本发明的数值控制装置1例如能够安装为基于程序控制机床的数值控制装置。

本实施方式的数值控制装置1具备的CPU11是在整体上控制数值控制装置1的处理器。CPU11经由总线20读出储存于ROM12的系统程序，根据该系统程序控制数值控制装置1整体。在RAM13暂时储存有暂时的计算数据、显示数据以及从外部输入的各种数据等。

非易失性存储器14例如由被电池(未图示)支持的存储器、SSD(Solid StateDrive)等构成，即使数值控制装置1的电源被切断，也能够保持存储状态。在非易失性存储器14存储有经由接口15从外部设备72读入的程序、经由显示器/MDI单元70被输入的程序等。存储于非易失性存储器14的程序、各种数据也可以在执行时/利用时加载于RAM13。另外，在ROM12预先写入有公知的解析程序等的各种系统程序。

接口15是用于与数值控制装置1的CPU11和USB装置等的外部设备72连接的接口。从外部设备72侧读入使用于机床的控制的程序、各种参数等。另外，在数值控制装置1内编辑的程序、各种参数等能够经由外部设备72而存储于外部存储机构(未图示)。可编程逻辑控制器(PLC)16通过内置于数值控制装置1的顺序程序经由I/O单元17而向机床(未图示)以及该机床的周边装置(例如，工具更换装置、机器人等的致动器、安装于机床的传感器等)输出信号，来进行控制。另外，PLC16接受配备于机床的主体的操作面板的各种开关、周边装置等的信号，在进行必要的信号处理后，交付给CPU11。

显示器/MDI单元70是具备显示器、键盘等的手动数据输入装置，接口18接受来自显示器/MDI单元70的键盘的指令、数据，并将其交付给CPU11。接口19连接于具备在手动地驱动各轴时使用的手动脉冲产生器等的操作面板71。

用于控制机床具备的轴的轴控制电路30接受来自CPU11的轴的移动指令量，并将轴的指令输出至伺服放大器40。伺服放大器40接受该指令，并驱动使机床具备的轴移动的伺服马达50。轴的伺服马达50内置位置速度检测器，并将来自该位置速度检测器的位置速度反馈信号反馈给轴控制电路30，从而进行位置速度的反馈控制。此外，在图1的硬件构成图中，轴控制电路30、伺服放大器40、伺服马达50仅各示出一个，但实际上分别准备成为控制对象的机床所具备的轴的数量。

主轴控制电路60接受主轴旋转指令，并向主轴放大器61输出主轴速度信号。主轴放大器61接受该主轴速度信号，使机床的主轴马达62以被指令的旋转速度进行旋转，从而驱动工具。在主轴马达62结合有位置编码器63，位置编码器63与主轴的旋转同步地输出反馈脉冲，该反馈脉冲由CPU11读取。

图2是本发明的第1实施方式的数值控制装置1的简要的功能框图。

图2所示的各功能模块通过图1所示的数值控制装置1具备的CPU11执行系统程序，并控制数值控制装置1的各部的动作，由此实现。

本实施方式的数值控制装置1具备预读解析部100以及程序执行部110。另外，机床2的控制所使用的程序200预先存储于非易失性存储器14。另外，在RAM13或者非易失性存储器14上设置有存储为了执行程序的块而需要的执行数据的执行数据缓存器210。

预读解析部100通过图1所示的数值控制装置1具备的CPU11执行从ROM12读出的系统程序，主要进行使用了CPU11的RAM13以及非易失性存储器14的运算处理，由此实现。预读解析部100预读并解析程序200的块，将作为解析结果而获得的执行数据交付给执行数据缓存器210。在该执行数据缓存器210存在空间的情况下，且在后述的预读充足判定部102判定为基准块的执行所需的块是未被预读的状态的情况下，预读解析部100执行程序200的块的预读。预读解析部100具备预读充足判定部102、解析部104。

预读充足判定部102判定来自程序200的块的预读是否充足。预读充足判定部102针对已经被预读的块内的成为预读充足判定的基准的基准块，基于是否预读该基准块的动作所需的块，来判定预读是否充足。基准块例如能够形成当前程序执行部110执行的块的接下来的块，或者也能够形成当前程序执行部110执行的块的前2个、前3个的块。基准块也可以在设置于非易失性存储器14上的设定区域，作为与当前程序执行部110执行的块的关系，而预先静态地设定。预读充足判定部102在未预读被决定为基准块的块的情况下，始终判定为预读不充足。

预读充足判定部102例如在基准块为指令轴进给的块的情况下，基于是否预读在该基准块的轴进给的指令中仅能够产生充分的速度的块，来判定预读是否充足。

使用图3A、图3B以及图4，对块的预读与轴进给时的速度的限制的关系进行说明。

图3A、图3B以及图4示出了在基准块N中使轴移动后，使该轴停止的情况下的速度与时间的关系。在图3A、图3B以及图4的例子中，基准块N是轴进给的指令，该指令中的限制速度设定为Vl。另外，横轴表示块的执行所花费的时间，例如在轴以限制速度Vl移动的状态下开始执行块N+1，在以最大的减速度减速，并且执行块N+1的情况下，块N+1的执行花费(t₂-t₁)的时间。限制速度Vl例如基于作为轴的最大速度设定于数值控制装置1或者机床2的最大速度值、块中的指令值、其他的重要因素而被设定。这样的使该轴停止的情况下的速度与时间的关系通过解析预读的块而被计算。

在图3A以及图3B的例子中，从程序200预读块N+4前的块。此时，若在基准块N中以限制速度Vl进行轴进给，则如图3A的图表所示，即使以根据设定于该轴的各轴的最大减速度等计算的最大减速度进行了减速，也无法使轴在块N+4的结束时刻t₅(即，块N+5的开始时刻)前停止。因此，在读入块N+4前的块的状况下，如图3B的图表所示，将块N中的速度限制至能够在块N+4的执行结束的时刻t₅’前可靠地停止轴进给的速度Vr。在这样的情况下，预读充足判定部102在基准块N的轴进给指令中，即使未预读仅能够产生充分的速度的块，也判定为预读不充足。

在图4的例子中，从程序200预读块N+5前的块。此时，当在基准块N中以限制速度Vl进行轴进给的情况下，例如在未被预读的块N+6中需要使该轴停止的情况下，若以设定于该轴的最大的减速度减速，则能够在块N+6的开始时刻前使该轴停止。因此，在读入块N+5前的块的状况下，无需限制块N中的轴的进给速度，而能够将速度提高至限制速度Vl。在这样的情况下，预读充足判定部102在基准块N的轴进给指令中，即使预读仅能够产生充分的速度的块，也判定为预读充足。

预读充足判定部102除了基于上述说明的轴进给的速度的预读充足判定以外，例如也可以使用针对每个指令而预先决定的需要块数，根据是否预读基准块的指令所需的数量的块，判定预读是否充足。另外，也可以在数值控制装置1中，与当前利用的功能(工具直径修正功能、曲线近似功能等)对应地，根据是否预读该功能所需的数量的块，来判定预读是否充足。工具直径修正功能需要进行工具直径修正，由此在块之间不产生阶梯差、工具与工件的干涉等，因此需要至少预读至前2个块并解析修正后的路径。另外，曲线近似功能使用预定的算法运算近似由多个块指令的一系列的指令点的曲线。而且，需要预读指令仅能够运算该算法所需的或者在该算法中正确的近似曲线的指令点数的数量的块。在使用这样的每个指令、每个功能的需要块数的情况下，只要预先在设置于非易失性存储器14上的设定区域设定每个指令、每个功能的需要块数或者运算需要块数的式子即可。

解析部104对从程序200预读的块进行解析，并将作为解析的结果而获得的执行数据储存于执行数据缓存器210。在执行数据缓存器210储存有预读的各块的模态信息、各轴的移动量、主轴指令转速、进给速度等信息。解析部104进行的块的解析意味着将作为源代码的块向作为计算机能够识别的执行数据的目标代码转换。该转换存在(1)字句解析、(2)宏解析、(3)宏执行、(4)句法解析、(5)意思解析、(6)目标代码的生成、(7)最佳化等的工序。针对解析部104的解析处理的详情，例如通过日本特开2008-293261号公报而被充分地说明，因此省略本申请的说明书中的说明。

程序执行部110通过图1所示的数值控制装置1具备的CPU11执行从ROM12读出的系统程序，主要进行使用了CPU11的RAM13以及非易失性存储器14的运算处理、与轴控制电路30、主轴控制电路60、PLC16等对机床2的控制处理，由此实现。程序执行部110基于储存于执行数据缓存器210的执行数据，来控制机床2的动作。程序执行部110具备为了控制机床2的各部而需要的通常的控制用的功能，以使得利用执行数据每隔控制周期对驱动机床2具备的各轴的马达输出移动指令、控制机床2的周边装置等。另外，程序执行部110具备将当前执行中的块通知给预读解析部100的功能。

在具备上述构成的本实施方式的数值控制装置1中，能够根据当前执行的程序的状况，进行预读预定的基准块所需的适当的数量的块的控制，因此不进行需要量以上的块的预读，从而能够将相对于宏的执行的预读的影响抑制为最小限度。另外，不进行需要量以上的块的预读以及解析，因此能够减少程序的执行中的负荷的集中，从而例如能够期待减少相对于多个程序之间的协作的预读的影响。

图5是本发明的第2实施方式的数值控制装置1的简要的功能框图。

图5所示的各功能模块通过图1所示的数值控制装置1具备的CPU11执行系统程序，控制数值控制装置1的各部的动作，由此实现。

本实施方式的数值控制装置1在预读解析部100进一步具备基准块设定部106这点，与第1实施方式的数值控制装置1不同。

基准块设定部106根据当前执行的块的执行状况、预读的块的执行时间，动态地设定成为预读充足判定部102判定来自程序200的块的预读是否充足的基准的基准块。基准块设定部106例如也可以基于当前执行中的块的执行所花费的时间以及预读的各块的执行所花费的时间，设定基准块。

图6是表示从执行中的块与被预读的块N至块N+3的每一个的执行所花费的时间的图。

基准块设定部106例如基于预先设定于非易失性存储器14的设定区域的预读解析所花费的时间的阈值t_th，设定在阈值t_th的期间能够被执行的块的接下来的块，作为基准块。在图6的例子中，预料块N在经过了阈值t_th的时间的时刻成为已经执行中的情况，因此基准块设定部106设定块N的接下来的块亦即块N+1，作为基准块。

在第1实施方式的数值控制装置1中，预先静态地设定基准块，基于设定的基准块进行预读充足判定处理。然而，在当前执行中的块、接着执行中块的块的执行以较短的时间结束的情况下，例如若作为基准块静态地设定执行中块的接下来的块，则存在产生在预读充足判定处理结束的时刻执行基准块、基准块的执行结束之类的情况的可能性。因此，在本实施方式的数值控制装置1中，设置动态地设定基准块的基准块设定部106，由此能够不产生这样的问题。

以上，对本发明的一个实施方式进行了说明，但本发明不仅限定于上述的实施方式的例子，施加适当的变更，由此能够以各种方式实施。

Claims

1.一种数值控制装置，其具备预读程序的块的预读功能，

其特征在于，

所述数值控制装置具备：

预读充足判定部，其根据是否预读了所述程序的执行中的块之后的预定的基准块的执行所需的该基准块之后的预定数的块，判定来自所述程序的块的预读是否充足；以及

预读解析部，其在所述预读充足判定部判定为来自所述程序的块的预读不充足的情况下，进行来自所述程序的所述基准块的执行所必需的该基准块之后的预定数的块的预读，其中

所述预定数的块是根据当前执行的程序的状况而决定的数量的块，

当所述预读充足判定部判定为来自所述程序的块的预读充足时，所述预读解析部停止持续的块的预读。

2.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，

所述预读充足判定部在所述基准块指令轴进给的情况下，在使轴以该指令中的限制速度移动时，在能够使该轴在所预读的块的执行时间内停止的情况下，判定为来自所述程序的块的预读充足。

3.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，

所述预读充足判定部基于针对每个指令或者每个功能而设定的需要块数或者运算需要块数的式子，判定来自所述程序的块的预读是否充足。

4.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，

作为与执行中的块之间的关系，预先静态地设定所述基准块。

5.根据权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，

所述数值控制装置还具备基准块设定部，该基准块设定部根据执行中的块的执行状况或者所预读的块的执行时间，动态地设定基准块。