JP2933119B2 - 数値制御装置 - Google Patents
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Description
にNURBS(Non−Uniform Ration
al B−Spline)で表現された曲線の自由曲線
補間を行う数値制御装置に関する。
制御装置(CNC)に指令されるNCプログラムは、C
AD(Computer Aided Design )等により作成された形
状から自動プログラミング機能により生成されることが
多い。この場合、ワーク形状の設計を行う者は、CAD
システムの豊富な機能を用いて、様々な曲線を自由に描
くことができる。
由曲線を滑らかにつなげて表現することは難しい。そこ
で、曲線を比較的単純なセグメントと呼ばれる区間に分
けて表現する。このような曲線を定義する関数の1つに
基底スプライン(Base Spline)があり、一般的にB−ス
プラインと呼ばれる。B−スプライン曲線は、複数の制
御ベクトルで定義することができる。また、B−スプラ
イン曲線のセグメントのつなぎ目に対応するパラメータ
をノットと呼び、曲線全体の始点から終点に向かってノ
ットの値は増えていく。そして、ノットの増加量が不均
一なB−スプライン曲線を有理化したものをNURBS
(Non-Uniform Rational B-Spline)曲線という。
ムにおいては、曲線や曲面の形状をNURBSで表現す
ることが主流となりつつある。NURBSは、自由曲線
の表現形式として、CADデータ交換の標準規格IGE
S(Initial Graphics DataExchange Specification)
で採用されている。
する際には、曲線を微小直線、微小円弧等の微小ブロッ
クの組み合わせにより実現する必要がある。従って、N
URBSで表されたCADデータは、CNCが指令フォ
ーマットを作成する前の段階において、CADシステム
においてデザインされた自由曲線を微小直線、微小円弧
等に近似するのが一般的である。
工精度向上を目的とした移動指令ブロックの微小化に伴
い、さまざまな弊害が生じている。例えば、指令ブロッ
ク総量の巨大化に伴うホストコンピュータ−CNC間の
指令プログラム転送速度の遅延、CNCの指令プログラ
ム解析処理速度の遅延等である。このように、CADで
作成されたNURBS曲線を数値制御装置により補間さ
せるには、数値制御装置が処理できるような微小ブロッ
クに分解する必要があるため、複雑な処理が介在し、処
理速度の低下を招く等の問題点があった。
のであり、NURBS曲線を特定するためのデータを直
接指令することにより、NURBS曲線の補間を行うこ
とができる数値制御装置を提供することを目的とする。
決するために、数値制御装置に、特定のパラメータを変
数とする関数で表されるNURBS(Non−Unif
orm Rational B−Spline)曲線の
補間指令と共にNURBS曲線を特定するデータを含む
NCプログラムを解読し、前記NURBS曲線の補間指
令における速度指令から単位時間当たりの移動量を算出
し、移動指令を出力する前処理演算手段と、前記移動量
だけ移動する場合の前記パラメータの変化量を算出する
パラメータ変化量算出手段と、前記パラメータの現在の
値に前記変化量を加えた値をNURBS曲線の関数に代
入することにより次に補間すべき座標値を獲得し、前記
座標値までの各軸の移動量を算出する移動量算出手段と
を備え、算出された各移動量を対応する移動軸のサーボ
モータのサーボアンプに出力するようにした。
する関数で表されたNURBS(Non-Uniform Rational
B-Spline)曲線の補間指令を含むNCプログラムを解読
し、NURBS曲線の補間指令における速度指令から単
位時間当たりの移動量を算出し、移動指令を出力する。
パラメータ変化量算出手段は、算出された移動量だけ移
動する場合のパラメータの変化量を算出する。移動量算
出手段は、パラメータの現在の値に前記変化量を加えた
値をNURBS曲線の関数に代入することにより次に補
間すべき座標値を獲得し、前記座標値までの各軸の移動
量を算出する。
RBS曲線の補間を指令し、その補間を実行することが
できる。
する。図1は本発明の概略構成を示すブロック図であ
る。NURBS(Non-UniformRational B-Spline)曲線
の補間指令を含んだNCプログラム1が作成されてい
る。NURBS曲線は、ウェイト等のデータにより曲線
形状が特定され、パラメータtを変数とする関数で表さ
れている。従って、任意の時刻におけるパラメータtの
値が決まることにより、そのときの座標値が、NURB
S曲線の定義式により特定される。
読する。前処理演算手段2は、NURBS曲線の補間指
令を認識すると、その補間指令における速度指令に基づ
き、単位周期として使用される補間周期の間に移動する
距離ΔLを算出する。距離ΔLは、NURBS曲線の関
数を生成するための他のデータと共に補間手段3に入力
される。
段3aと移動量演算手段3bとで構成されている。パラ
メータ値変化量算出手段3aは、現在のパラメータtの
値「ti 」により特定される現在位置から、距離ΔLだ
け移動する場合のパラメータtの変化量Δtを算出す
る。
が「ti +Δt」となった時の位置を、NURBS曲線
の定義式から算出する。そして、その位置まで移動する
ための各軸の移動量を演算し、各軸に対する補間パルス
ΔX,ΔY,ΔZを出力する。「ti +Δt」の値は
「ti+1 」の値としてパラメータ値変化量算出手段3a
に送られる。
の軸制御回路4a,4b,4cに入力される。軸制御回
路4a,4b,4cは、サーボアンプ5a,5b,5c
に移動指令を出力する。サーボアンプ5a,5b,5c
は、移動指令に従いサーボモータ6a,6b,6cの回
転を制御する。
URBS曲線を特定するためのデータをCNCに直接指
令することにより、NURBS曲線の自由曲線補間を行
うことができる。
る。j階(j−1次)のNURBS曲線は、以下の式で
定義される。
tを変数とする関数であり、ベクトルP(t)で表され
る。なお、基底関数Nは次のように表される。
≦i≦n)であり、「wi 」はウェイト(0≦i≦n)
であり、「xi 」はノット(xi ≦xi+1 )である。ま
た、〔x0,x1,x2,...xm 〕をノットベクトルとす
る。ただし、「制御点数(n+1)+階数(j)=ノッ
ト数(m+1)」の関係が成り立つ。
Dでデザインし工作機械で加工するための手順を示す図
である。 〔S1〕CADの機能により金型等をデザインする。こ
の際、NURBS曲線により自由曲線を表現する。 〔S2〕CAMの機能によりNCパートプログラムを作
成する。この際、NURBS曲線を、予め決められたN
Cプログラムのフォーマットに変換し、NURBS曲線
補間指令を作成する。 〔S3〕CNCがNURBS曲線補間を含むNCプログ
ラムを実行することにより、金型等のワーク加工を工作
機械に行わせる。
の例を示す図である。この図に示すようなフォーマット
でNCプログラム20を作成することにより、NURB
S曲線の補間をCNCに指令することができる。
補間開始指令、「P」を階数、「X」,「Y」,「Z」
を制御点、「K」をノット、「R」をウェイト、「F」
を速度、「G01」を直線開始指令とする。なお、NU
RBS曲線を特定するには制御点の数に階数を加えた数
のノットが必要であるため、この例では制御点を指令す
る際に同時にノットも指令し、さらに階数分のノットを
別のブロックで指令している。ウェイトを指令していな
い場合は、その値は「1」とみなす。NURBS補間の
指令は、直線補間開始指令(G01)等の他の補間開始
指令によって解除される。
されると、CNC内の前処理演算手段によりNURBS
補間開始指令が認識される。そして、速度「F」から、
補間周期の間に移動する距離ΔLが求められる。さら
に、この距離ΔLから、現在のパラメータtにおいて、
距離ΔL移動するためのパラメータtの変化量Δtが以
下の式で求められる。
パラメータtの現在の値に加えた値を式(1)に代入し
た際の「ベクトルP(t+Δt)」の値が次に補間すべ
き点となる。
ある。この図において、指令されたNURBS曲線10
上の現在の位置がベクトルP(t)である。ベクトルP
(t)を「t」で微分したものがベクトルP'(t) であ
る。ベクトルP(t)の位置からNURBS曲線10に
沿って距離ΔLだけ離れた位置が、ベクトルP(t+Δ
t)の位置である。
クトルP(t)からベクトルP(t+Δt)までの各軸
の移動量を算出し、各軸に対し補間パルスを出力する。
これにより、NURBS曲線10に沿った径路で補間を
行うことができる。
を行う場合について具体的に説明する。図5はNURB
S曲線の補間を行うためのNCプログラムの例を示す図
である。このNCプログラム21において、NURBS
曲線補間開始指令(G06.2)では、制御点を6点指
定している。第1の制御点の座標は(X0 Z0)、第
2の制御点の座標は(X300. Z100.)、第3
の制御点の座標は(X700. Z100.)、第4の
制御点の座標は(X1300. Z−100.)、第5
の制御点の座標は(X1700. Z−100.)、第
6の制御点の座標は(X2000. Z0)である。ノ
ットは、順番に「0」、「0」、「0」、「0」、
「0.5」、「0.5」、「1.0」、「1.0」、
「1.0」、「1.0」が指定されている。
の後、さらにNURBS曲線補間開始指令(G06.
2)が出されている。この時、制御点を6点指定してい
る。第7の制御点の座標は(X2000. Z0)、第
8の制御点の座標は(X1700. Z−100.)、
第9の制御点の座標は(X1300. Z−10
0.)、第10の制御点の座標は(X700. Z10
0.)、第11の制御点の座標は(X300. Z10
0.)、第12の制御点の座標は(X0 Z0)であ
る。ノットは、順番に「0」、「0」、「0」、
「0」、「0.5」、「0.5」、「1.0」、「1.
0」、「1.0」、「1.0」が指定されている。
0)により、NURBS曲線補間開始指令は解除され
る。図6は制御点とNURBS曲線との関係を示す図で
ある。この図は、図5に示すプログラムの最初のNUR
BS曲線補間開始指令により補間されるNURBS曲線
を示している。図では、第1の制御点から第6の制御点
は、それぞれP0 〜P5 で示されている。このように、
各制御点の位置に応じて、なめらかな曲線が形成され
る。
間径路を示す図である。最初のNURBS曲線補間開始
指令により第1の制御点P0 から第6の制御点P5 まで
補間される。制御点P6 まで直線補間された後、次のN
URBS曲線補間開始指令により第7の制御点P6 から
第12の制御点P7 まで補間される。さらに次のNUR
BS曲線補間開始位置である第13の制御点P8 まで補
間され、以後同様に補間が行われる。
線の形状を特定するための最低限のデータを指定すると
により、NURBS曲線補間を指令することができるた
め、従来のようにNURBS曲線で表現された自由曲線
を、微小直線、微小円弧に分割する必要がなくなり、N
Cプログラムが簡略化される。NCプログラムが簡略化
され、そのデータ量が少なくなることにより、ホストコ
ンピュータ−CNC間のデータ転送を高速に行うことが
できる。さらに、CNCにおけるNCプログラムの解析
処理も高速化される。
似を行う必要がなくなるため、加工精度が向上する。
内において、与えられたデータを基にNURBS曲線の
関数を計算し補間径路を求めるようにしたため、CAD
等で作成されたNURBS曲線のデータを直接CNCに
指令し、NURBS曲線の補間を行わせることができる
ようになった。この結果、NCプログラムが簡略化で
き、プログラム転送速度やプログラム解析処理速度が高
速化されるとともに、加工精度が向上する。
ンし工作機械で加工するための手順を示す図である。
図である。
ラムの例を示す図である。
る。
す図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 各種機械の移動軸を制御する数値制御装
置であって、 特定のパラメータを変数とする関数で表されるNURB
S(Non−UniformRational B−S
pline)曲線の補間指令と共にNURBS曲線を特
定するデータを含むNCプログラムを解読し、前記NU
RBS曲線の補間指令における速度指令から単位時間当
たりの移動量を算出し、移動指令を出力する前処理演算
手段と、 前記移動量だけ移動する場合の前記パラメータの変化量
を算出するパラメータ変化量算出手段と、 前記パラメータの現在の値に前記変化量を加えた値をN
URBS曲線の関数に代入することにより次に補間すべ
き座標値を獲得し、前記座標値までの各軸の移動量を算
出する移動量算出手段とを備え、 算出された各移動量を対応する移動軸のサーボモータの
サーボアンプに出力することを特微とする数値制御装
置。 - 【請求項2】 前記前処理演算手段は、前記NCプログ
ラムによって複数の制御点、前記制御点と同じ数のウェ
イト、及び前記制御点の数に曲線の階数を加えた数のノ
ットがデータとして指定されることにより補間すべきN
URBS曲線を認識することを特微とする請求項1記載
の数値制御装置。 - 【請求項3】 前記前処理演算手段は、前記ウェイトが
省略された場合には、予め定められた任意の値として認
識することを特微とする請求項2記載の数値制御装置。
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