JPH08147015A - Ｃｎｃのリミットチェック方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 工具の可動範囲を限定するＣＮＣのリミット
チェック方式において、３次元空間内で各座標平面に対
して傾いた平面を持つリミット領域に対するリミットチ
ェックを容易に行うことができるようにする。 【構成】 禁止領域格納手段１には、３次元の禁止領域
のデータが格納される。パルス分配手段２がジョグ送り
ボタン等による移動指令に従って所定周期でパルス分配
量を演算すると、パルス分配後の工具の位置を工具位置
算出手段３が算出する。リミット判断手段４は、パルス
分配後の工具の位置が禁止領域を形成する平面を横切る
か否かを判断し、横切ると判断された場合、アラーム処
理手段５が、工具停止等のアラーム処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は工具の可動範囲を限定す
るＣＮＣのリミットチェック方式に関し、特に３次元の
禁止領域に対する工具の移動をチェックするＣＮＣのリ
ミットチェック方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＮＣで工具の移動制御を行う場合、工
具の進入を禁止する禁止領域を設け、この禁止領域に工
具が進入する場合には、アラームを出力して工具の移動
停止等を行っている。このリミットチェックを行うため
の禁止領域としては、テーブルのストロークエンド外の
空間や、他の部品との干渉をさけるためのテーブル上の
所定の空間等がある。

【０００３】従来、テーブル上に設けられた禁止領域
は、図７に示すように、各平面７１，７２，７３等が座
標平面に平行な直方体の領域７０であり、ブロックまた
はパルス分配周期毎に工具の目標位置が禁止領域内に存
在するか否かによって、その進入を判断している。この
進入の判断方式は、例えば、工具のＸ座標値が領域７０
のＸ座標の範囲０〜Ｘ₁ 内にあるか、また、Ｙ座標値が
領域７０のＹ座標の範囲０〜Ｙ₁ 内にあるか、さらにＺ
座標値が領域７０のＺ座標の範囲０〜Ｚ₁ 内にあるかを
調べ、全てに該当する場合に、アラームを出力する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、工具と他の部
品との干渉を防ぐために禁止領域を設ける場合、このよ
うな直方体の領域では、必ずしも本来の可動領域を有効
に利用できないという問題がある。

【０００５】また、ジョグ送りや手動ハンドル等の手動
操作によって加工を行う工作機械では、誤動作による切
り込み過ぎなどを防止するために、ワークの内側に、ワ
ークの加工形状（仕上げあるいは荒削り）に沿った禁止
領域を設けることが望まれている。

【０００６】このような工具可動範囲を規制する領域
は、機械構造やワークの加工形状等に依存するため、図
８に示すように、座標平面とは平行にならない平面８１
を有することがほとんどである。領域８０の他の平面８
２，８３，８４等は、各座標平面に対して平行であるた
め、従来のリミットチェック方式によって容易に工具の
位置を監視することができる。しかし、平面８１の場合
は、各座標平面に対して傾いた平面であるため、従来の
方式では判定が不可能であった。

【０００７】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、３次元空間内で各座標平面に対して傾いた平
面を持つリミット領域に対するリミットチェックを容易
に行うことのできるＣＮＣのリミットチェック方式を提
供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、工具の可動範囲を限定するＣＮＣのリミ
ットチェック方式において、３次元の禁止領域のデータ
が格納される禁止領域格納手段と、移動指令に従って所
定周期でパルス分配量を演算するパルス分配手段と、前
記パルス分配後の工具の位置を算出する工具位置算出手
段と、前記パルス分配後の工具の位置が前記禁止領域を
形成する平面を横切るか否かを判断するリミット判断手
段と、前記工具の位置が前記平面を横切ると判断された
場合、アラーム処理を行うアラーム処理手段と、を有す
ることを特徴とするＣＮＣのリミットチェック方式が提
供される。

【０００９】

【作用】禁止領域格納手段には、３次元の禁止領域のデ
ータが格納される。パルス分配手段が移動指令に従って
所定周期でパルス分配量を演算すると、パルス分配後の
工具の位置を工具位置算出手段が算出する。リミット判
断手段は、パルス分配後の工具の位置が禁止領域を形成
する平面を横切るか否かを判断し、横切ると判断された
場合、アラーム処理手段がアラーム処理を行う。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は本実施例の機能の概念図である。禁止領
域格納手段１には、３次元の禁止領域のデータが格納さ
れる。パルス分配手段２がジョグ送りボタン等による移
動指令に従って所定周期でパルス分配量を演算すると、
パルス分配後の工具の位置を工具位置算出手段３が算出
する。リミット判断手段４は、パルス分配後の工具の位
置が禁止領域を形成する平面を横切るか否かを判断し、
横切ると判断された場合、アラーム処理手段５が、工具
停止等のアラーム処理を行う。

【００１１】図２は本実施例の数値制御装置（ＣＮＣ）
のハードウェアの概略構成を示すブロック図である。数
値制御装置は、プロセッサ１１を中心に構成されてい
る。プロセッサ１１は、ＲＯＭ１２に格納されたシステ
ムプログラムに従って、数値制御装置全体を制御する。
このＲＯＭ１２には、ＥＰＲＯＭあるいはＥＥＰＲＯＭ
が使用される。

【００１２】ＲＡＭ１３には、ＳＲＡＭ等が使用され、
一時的な計算データ、表示データ、入出力信号等が格納
される。不揮発性メモリ１４には、図示されていないバ
ッテリによってバックアップされたＣＭＯＳが使用さ
れ、電源切断後も保持すべきパラメータ、加工プログラ
ム、工具補正データ、ピッチ誤差補正データ等が記憶さ
れる。また、不揮発性メモリ１４には、禁止領域のデー
タも格納されている。

【００１３】ＣＲＴ／ＭＤＩユニット２０は、数値制御
装置の前面あるいは機械操作盤と同じ位置に配置され、
データ及び図形の表示、データ入力、数値制御装置の運
転に使用される。グラフィック制御回路２１は、数値デ
ータ及び図形データ等のディジタル信号を表示用のラス
タ信号に変換し、表示装置２２に送り、表示装置２２は
これらの数値及び図形を表示する。表示装置２２にはＣ
ＲＴあるいは液晶表示装置が使用される。

【００１４】キーボード２３は、数値キー、シンボリッ
クキー、文字キー及び機能キーから構成され、加工プロ
グラムの作成、編集及び数値制御装置の運転に使用され
る。ソフトウェアキー２４は表示装置２２の下部に設け
られ、その機能は表示装置に表示される。表示装置の画
面が変化すれば、表示される機能に対応して、ソフトウ
ェアキー２４の機能も変化する。

【００１５】軸制御回路１５は、プロセッサ１１からの
軸の移動指令を受けて、軸の移動指令をサーボアンプ１
６に出力する。サーボアンプ１６はこの移動指令を増幅
し、工作機械３０に結合されたサーボモータを駆動し、
工作機械３０の工具とワークの相対運動を制御する。な
お、軸制御回路１５及びサーボアンプ１６は、サーボモ
ータの軸数に対応した数だけ設けられる。

【００１６】ＰＭＣ（プログラマブル・マシン・コント
ローラ）１８は、プロセッサ１１からバス１９経由でＭ
（補助）機能信号、Ｓ（スピンドル速度制御）機能信
号、Ｔ（工具選択）機能信号等を受け取る。そして、こ
れらの信号をシーケンス・プログラムで処理して、出力
信号を出力し、工作機械３０内の空圧機器、油圧機器、
電磁アクチュエイタ等を制御する。また、工作機械３０
内の機械操作盤のボタン信号、スイッチ信号及びリミッ
トスイッチ等の信号を受けて、シーケンス処理を行い、
バス１９を経由してプロセッサ１１に必要な入力信号を
転送する。

【００１７】工作機械３０内の機械操作盤には、手動パ
ルス発生器３１およびジョグ送りボタン３２が設けられ
ている。これら手動パルス発生器３１およびジョグ送り
ボタン３２は、１個ずつ図示してあるが、実際にはそれ
ぞれ３軸分設けられている。手動パルス発生器３１によ
る移動指令パルスは、バス１９を経由してプロセッサ１
１に送られる。一方、ジョグ送りボタン３２による移動
指令パルスは、ＰＭＣ１８およびバス１９を経由してプ
ロセッサ１１に送られる。

【００１８】なお、図２ではスピンドルモータ制御回路
及びスピンドルモータ用アンプ等は省略してある。ま
た、上記の例ではプロセッサ１１は１個で説明したが、
複数のプロセッサを使用してマルチプロセッサ構成にす
ることもできる。

【００１９】次に、本実施例のリミットチェック方式の
具体的な処理について説明する。図３はテーブル上の禁
止領域設定の一例を示す図である。テーブル４１には、
ワーク４２が固定されている。テーブル４１上の空間に
は、禁止領域５０が設けられている。この禁止領域５０
の一部の境界面５１は、図３では平面的に示してある
が、実際には、図８で示した平面８１のように座標平面
に対して傾斜した面になっている。このような境界面５
１を設けるのは、ジョグ送りボタン３２等によって工具
４３を移動させるとき、工具４３をワーク４２の加工形
状面４２ａと禁止領域５０との間の空間内のみ移動可能
とするためである。

【００２０】次に、境界面５１に対する工具４３の位置
の判断について説明する。図４は境界面５１に対する工
具４３の位置の判断方法を説明する図である。ここで
は、パルス分配前の工具の位置をＰｓ（ｐ₁ ，ｑ₁ ，ｒ
₁ ）、パルス分配後の工具の位置をＰｅ（ｐ₂ ，ｑ₂ ，
ｒ₂ ）とする。ＣＮＣ側は、位置Ｐｅの演算が行われる
タイミングで、禁止領域５０の境界面５１の平面式を演
算する。一般に平面は、法線ベクトルをＵ＝（ｌ，ｍ，
ｎ）：ｌ² ＋ｍ² ＋ｎ² ＝１、座標原点からの距離をｄ
とすると、次式（１）で決まる。 ｌＸ＋ｍＹ＋ｎＺ＝ｄ・・・・（１） また、任意の点Ｐ（ｐ，ｑ，ｒ）と平面との距離Ｓは、 Ｓ＝ｌＸ＋ｍＹ＋ｎＺ−ｄ・・・・（２） で求められる。

【００２１】式（２）に基づいて、境界面５１とパルス
分配前の位置Ｐｓとの距離Ｓ₁ 、境界面５１とパルス分
配後の位置Ｐｅとの距離Ｓ₂ を求めると、それぞれ、 Ｓ₁ ＝ｌｐ₁ ＋ｍｑ₁ ＋ｎｒ₁ −ｄ・・・・（３） Ｓ₂ ＝ｌｐ₂ ＋ｍｑ₂ ＋ｎｒ₂ −ｄ・・・・（４） となる。ここで、位置Ｐｓと位置Ｐｅとを結ぶ線分Ｌが
境界面５１を横切っていれば、距離Ｓ₁ およびＳ₂ は互
いに符号が異なるはずである。ＣＮＣ側では、予め境界
面５１に対して禁止領域５０側と位置Ｐｓ側のどちらに
座標原点が位置するかが設定されている。ここでは、位
置Ｐｓ側に座標原点が位置するものとする。したがっ
て、図４の例ではＳ₁ の符号はプラスになる。したがっ
て、Ｓ₂ の符号がマイナスの場合には、ＣＮＣは、パル
ス分配の結果、工具の位置が禁止領域５０に進入すると
判断する。

【００２２】工具が禁止領域５０に進入すると判断され
た場合には、ＣＮＣは、工具を境界面５１と線分Ｌとの
交点Ｇのところまで移動させ、そこで停止させる。この
ためには、位置Ｐｓから交点Ｇまでの距離ＰｓＧを求め
る必要がある。ここで、線分Ｌの長さをＰｓＰｅとする
と、距離ＰｓＧは、ＰｓＰｅ：ＰｓＧ＝（Ｓ₁ ＋
Ｓ₂）：Ｓ₁ の関係から、次式（５）で表される。 ＰｓＧ＝ＰｓＰｅ×Ｓ₁／（Ｓ₁ ＋Ｓ₂ ）・・・・
（５） 各軸の実際の移動量は、ＰｓＰｅの各軸成分の分配量に
Ｓ₁ ／（Ｓ₁ ＋Ｓ₂ ）をかけることにより求められる。

【００２３】こうして式（５）により求められた距離Ｐ
ｓＧだけ工具の移動が終了すると、ＣＮＣは、ジョグ送
りボタン等からの移動指令が続行されていても工具の移
動を停止する。

【００２４】図５は本実施例のリミットチェックのＣＮ
Ｃ側の主な手順を示すフローチャートである。このフロ
ーチャートは、パルス分配周期で実行される。 〔Ｓ１〕移動指令に応じてパルス数の演算を行う。 〔Ｓ２〕パルス分配後の終点位置の演算を行う。 〔Ｓ３〕パルス分配前後の禁止領域の境界面に対する位
置の比較を行う。 〔Ｓ４〕パルス分配後の位置が禁止領域に進入するか否
かを判断し、進入するならばステップＳ５に進み、しな
いならばステップＳ６に進む。 〔Ｓ５〕パルス分配前の位置から境界面までの移動量に
対応するパルス数を演算し、最終的な指令パルス数とす
る。 〔Ｓ６〕終点位置が禁止領域に進入しない場合にはステ
ップＳ１で演算された数のパルスを、進入する場合には
ステップＳ５で演算された数のパルスを出力する。

【００２５】このように、本実施例では、禁止領域５０
の境界面５１の平面式に基づいて、パルス分配後の終点
位置が禁止領域５０に進入するか否かを判断するように
したので、座標平面に対して傾いた境界面を持つ禁止領
域であっても容易にリミットチェックを行うことができ
る。

【００２６】なお、本実施例では、禁止領域５０とし
て、ワーク４２の外側に設ける例を示したが、ワーク内
に設けるようにしてもよい。これにより、例えば穴ぐり
加工においては、工具の加工最下点より内側に禁止領域
を設ければ、設計された位置よりも誤って余分に加工さ
れてしまうことを防止できる。

【００２７】また、本実施例では、一つの境界面５１に
対して工具が横切るか否かを判断するようにしたが、同
時に複数平面に対しての判断を行うことができる。図６
はこの複数平面に対する判断方法のイメージを示す図で
ある。ここでは、３つの平面Ａ₁ 〜Ａ₃ によって空間Ｂ
₀ 〜Ｂ₅ が形成されているとする。そして、空間Ｂ₀ 〜
Ｂ₅ が各平面Ａ₁ 〜Ａ₃ に対して外（１）にあるか内
（０）にあるかを図４と同様の方法で判断し、平面Ａ₁
〜Ａ₃ に対する各空間Ｂ₀ 〜Ｂ₅ の位置関係をＢ
₀ （０，０，０）、Ｂ₁ （０，１，０）、Ｂ₂ （０，
１，１）、Ｂ₃（０，０，１）、Ｂ₄ （１，０，０）、
Ｂ₅ （１，１，０）というように表現する。例えばＢ₁
（０，１，０）について言えば、平面Ａ₁ に対しては内
側（０）、平面Ａ₂ に対しては外側（１）、平面Ａ₃ に
対しては内側（０）であることが分かる。こうすること
により、例えば空間Ｂ₀ を禁止領域と設定した場合に
は、工具のパルス分配後の位置が（０，０，０）と判断
されたときに、禁止領域への進入と判断すればよい。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、移動指
令に従って所定周期でパルス分配量を演算し、パルス分
配後の工具の位置を算出し、パルス分配後の工具の位置
が予め格納された３次元の禁止領域を形成する平面を横
切るか否かを判断し、横切ると判断された場合にアラー
ム処理を行うようにしたので、３次元空間内で各座標平
面に対して傾いた平面を持つリミット領域に対するリミ
ットチェックを容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の機能の概念図である。

【図２】本実施例の数値制御装置（ＣＮＣ）のハードウ
ェアの概略構成を示すブロック図である。

【図３】テーブル上の禁止領域設定の一例を示す図であ
る。

【図４】境界面に対する工具の位置の判断方法を説明す
る図である。

【図５】本実施例のリミットチェックのＣＮＣ側の主な
手順を示すフローチャートである。

【図６】複数平面に対する判断方法のイメージを示す図
である。

【図７】テーブル上に設けられた従来の禁止領域の一例
を示す図である。

【図８】座標平面とは平行にならない平面を有する禁止
領域の一例を示す図である。

【符号の説明】

１ 禁止領域格納手段 ２ パルス分配手段 ３ 工具位置算出手段 ４ リミット判断手段 ５ アラーム処理手段 １１ プロセッサ １２ ＲＯＭ １３ ＲＡＭ １４ 不揮発性メモリ １５ 軸制御回路 １６ サーボアンプ ３０ 工作機械 ３１ 手動パルス発生器 ３２ ジョグ送りボタン ４３ 工具 ５０ 禁止領域 ５１ 境界面（平面）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工具の可動範囲を限定するＣＮＣのリミ
   ットチェック方式において、 ３次元の禁止領域のデータが格納される禁止領域格納手
   段と、 移動指令に従って所定周期でパルス分配量を演算するパ
   ルス分配手段と、 前記パルス分配後の工具の位置を算出する工具位置算出
   手段と、 前記パルス分配後の工具の位置が前記禁止領域を形成す
   る平面を横切るか否かを判断するリミット判断手段と、 前記工具の位置が前記平面を横切ると判断された場合、
   アラーム処理を行うアラーム処理手段と、 を有することを特徴とするＣＮＣのリミットチェック方
   式。
2. 【請求項２】 前記禁止領域格納手段には、前記禁止領
   域のデータとして前記禁止領域の各頂点の座標が格納さ
   れ、前記リミット判断手段は、前記各頂点の座標に基づ
   いて前記平面の方程式を求め、前記求めた平面の方程式
   に基づいて前記判断を行うように構成されていることを
   特徴とする請求項１記載のＣＮＣのリミットチェック方
   式。
3. 【請求項３】 前記禁止領域格納手段には、前記禁止領
   域のデータとして、前記禁止領域を形成する平面の方程
   式が格納され、前記リミット判断手段は、前記平面の方
   程式に基づいて前記判断を行うように構成されているこ
   とを特徴とする請求項１記載のＣＮＣのリミットチェッ
   ク方式。
4. 【請求項４】 前記アラーム処理手段は、前記工具の位
   置が前記平面を横切ると判断された場合、前記工具が前
   記平面の位置まで移動したときに停止させるように構成
   されていることを特徴とする請求項１記載のＣＮＣのリ
   ミットチェック方式。