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    公开号:WO1988010455A1
    申请号:PCT/JP1988/000580
    申请日:1988-06-14
    公开日:1988-12-29
    发明作者:Hideaki Kawamura；Kentaro Fujibayashi；Toshiaki Otsuki
    申请人:Fanuc Ltd；
    IPC主号:G05B19-00
    专利说明:
    [0001] 明 柳
    [0002] イ ンボリ ユ ー ト補間速度制御方式 技 術 分 野
    [0003] 本発明は数値制御装置等における加工のためのィ ンボリュ 一ト捕間速度制御方式に関し、 特に接線方向の速度が角度と 無関係に一定になるように構成したィ ンボリ ユ ー ト補間速度 制御方式に関する。 背 景 技 術
    [0004] 数値制御装置等の曲線補間でィ ンボリ ユ ー ト曲線の捕間は 歯車、 ポンプの羽根等の加工のために必要性が高い。 このた めに、 一般にはィ ンボリ ユ ー ト曲線を数値制御装置と別の計 算機あるいは N Cプログラム作成装置等で補間して、 直線デ 一夕に分解して、 このテープで数値制御加工を行うのが一般 的であった。
    [0005] これにたいして本願出願人は 1 9 8 7年 6月 2 4 日付で、 数値制御装置内で簡単にィ ンボリ ュー ト曲線の補間をするよ うに構成した発明の名称を 「 イ ンボリ ユー ト補間方式」 とす る特願昭 6 2 — 1 5 7 0 3号を出願している。
    [0006] このイ ンボリ ユー ト補間方式では、 ィ ンボリ ュー ト曲線上 の点の座標を、
    [0007] X = R {cos(0 + Θ 1 )+ ©sin(© + Θ 1) } + X ο
    [0008] Υ = R {sin(© + Θ 1 ) - Θ cos ( Θ + Θ 1) } + Υ ο で与え、 Θを ® - ( Θ 2 — Θ 1 ) から Θ - ( Θ 3 — Θ 1 ) までのあ いだを、 一定角度ずつ増分させて、 上式から対応するィ ンボ リ ュー ト曲線上の点を順次求め、 求めた点と点の移動距離を 求めて、 指令速度で直線捕間して行くように構成している。
    [0009] しかし、 Θの増分を一定にしているので、 イ ンポリ ュー ト 曲線では角度が増加するに伴い、 その面転半径が増加するの で、 その速度が増加してしまい、 切削速度が一定にならない 問題点がある。 発 明 の 開 示
    [0010] 本発明の目的は ±記問題点を解決し、 接線方向の速度が角 度と無関係に一定になるように構成したィ ンボリユート補間 速度制御方式を提供することにある。
    [0011] 本発明では上記の問題点を解决するために、 第 1図に示す ように、
    [0012] 数値制御装置等における加工のためのィ ンボリ ユート補間 方式において、
    [0013] イ ンボリ ユー ト曲線の面転方向 （ G 0 2. 1、 G 0 3. 1 ) 、 終点の座標 （ X e , Y e ) . 始点からみた基礎円の中 心位置 （ I , J ) 、 該基礎円の半径 （ R ) を指令し、
    [0014] 該指令と始点の座標値 （ X s Y s ) から、 前記イ ンボリ ユー ト曲線の基礎円の中心の座標 （ X。 ， Y。 ） 、 始点の角 度 （ Θ 2 ) 、 終点の角度 （ Θ 3 ) 、 曲線開始角度 （ Θ 1 》 を 求め、
    [0015] イ ンボリ ユー ト曲線上の点を表す式、 X = R {cos(0 + Θ 1 )+ ΘεϊηίΘ + Θ 1) } + X 0
    [0016] Y = R {sin(© + Θ 1 )- ©cos(0 + Θ 1) } + Y 0 力、ら、
    [0017] Θ = ( ® 2 — Θ 1 ) 〜Θ = ( Θ 3 - Θ 1 ) の範囲で、 ®の 増分を、
    [0018] Θη+1 = Θ„ + Κ/ ( R · Θ )
    [0019] 増分させてこれに対応した点 Χη+1 , Υ»+« を前記式より求 め前回の点との差分を求めて、
    [0020] イ ンボリ ユー ト曲線を補間するイ ンボリ ユー ト補間方式が 提供される。
    [0021] イ ンボリ ユー ト曲線を示す 2式から、 点列を求め、 これを 補間するこ とによ り ィ ンボリ ュー ト曲線の始点から終点に対 応する角度 Θの範囲でィ ンボリ ュー ト曲線の補間をおこなう， このときの Θの増分を角度が増加するのに比例して増分が 少な く なる ΚΖ ( R · Θ ) とすることにより、 接線方向の速 度が一定になるように捕間される。 図 面 の 簡 単 な 説 明
    [0022] 第 1図はイ ンボリ ユー ト曲線の補間を説明するための図、 第 2図は本発明の一実施例の数値制御装置の概略図である 発明を実施するための最良の形態
    [0023] 以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
    [0024] 第 1図はィ ンボリユート曲線の例を示し、 回転方向が左回 り （反時計 SIり） で基礎円から離れる場合を示し、 指令は G 0 3. 1である。 その他に基礎円に近づく場合、 右回り （時 計回り） 等がある力、'、 基本的には同じであるので、 第 1図に もとずいて説明する。 図において、 Cはイ ンボリユー ト曲線 の基礎円であり、 中心の座標は 0 ( χ。 , Y。 ） であり、 半 径は Rである。 点 Ρ。 はィ ンボリ ユ ー ト曲線の曲線開始点で あり、 点 Ρ ο と 0を結ぶ線が X軸となす角を Θ Γとする。
    [0025] 点 P s ( X s . Y s ) は補間の開始点であり、 この点から 基礎円 Cに接線 £ sを引きその接点を Ρ 1 ( X I , Υ 1 ) と する。 点 P 1 と円の中心 0を結ぶ線が X軸となす角を Θ 2 と する。
    [0026] 点 P e ( X e , Y e ) は補間の終点であり、 この点から基 礎円 Cに接線 £ eを引きその接点を P 2 ( X 2 , Y 2 ) とす る。 点 P 2 と円の中心 0を結ぶ線が X軸となす角を Θ 3 とす る。
    [0027] ここで、 イ ンボリ ユー ト補間の指令は、
    [0028] G 1 7 G 0 3. I X—— Y—— I —— J—— R—— F—— ； で与えられる。 ここで G 1 7は平面を指定する指令で、 G 1 7は X— Y平面を、 G 1 8 は Z— X平面を、 G 1 9 は Y— Z 平面である。
    [0029] G 0 3. 1 は左回り （反時計回り） のイ ンボリユー ト捕間 の指令であり、 右面り （時計回り） のイ ンボリ ユ ー ト捕間は G O 2. 1で指令される。 尚、 基礎円へ近づくか、 離れるか はィ ンボリュー卜曲線の始点と終点の座標値によって決まる。
    [0030] X—— Y——はィ ンボリ ュー ト曲線の終点の座標であり、 図では P e ( X e , Y e ) の値である。 ここでは、 アブソリ ユ ー ト値で指令する。 I 一一 J一一は始点 P s ( X s , Y s ) から見た、 基礎円 Cの中心の値であり、 ここではィ ンク リ メ ンタル値で指令す る β
    [0031] R——は基礎円の半径であり、 F—一は送り速度である。 ； はエン ド · ォブ · ブロ ックである。
    [0032] 次にこの指令からイ ンボリ ユー ト曲線に必要な値を求める。
    [0033] ( 1 ) 基礎円の中心座標 0
    [0034] イ ンボリ ユー ト曲線の始点 P s ( X s , Y s ) の座標は指 令値にはないが、 数値制御装置内部に現在位置として記憶さ れている。 この始点 P s ( X s , Y s ) と始点から見たイ ン ボリ ユ ー.ト曲線の基礎円の中心迄の距離 （ I , J ) より、 基 礎円の中心座標 0 ( X。 ， Y。 ） を次式で求める。
    [0035] X 0 = X s + I
    [0036] Υ 0 = Y s 十 J
    [0037] ( 2 ) イ ンボリ ユー ト曲線の始点の角度 Θ 2
    [0038] 始点 P s ( X s , Y s ) から基礎円 Cに接線 £ sを引き、 その接点を P 1 ( X I , Y 1 ) とする。 点 P 1 と基礎円 Cの 中心 0を結び、 その線が X蚰となす角を求め、 これがイ ンポ リ ュー ト曲線の始点の角度 Θ 2である。
    [0039] ( 3 ) イ ンボリ ユー ト曲線の終点の角度 Θ 3
    [0040] ィ ンポリ ユ ー ト曲線の終点 P e ( X e , Y e ) から基礎円 Cに接線 £ eを引き、 その接点を P 2 ( X 2 , Y 2 ) とし、 点 P 2 と基礎円 Cの中心 0とを結び、 その線が X軸となす角 度をィ ンボリ ュー ト曲線の終点の角度 Θ 3 とする。
    [0041] ( 4 ) イ ンボリ ユ ー ト曲線の曲線開始点角度 Θ 1 点 P 1 と点 P。 間の弧の長さはィ ンボリ ユー ト曲線の定義 から、 直線 s の長さに等しい。 従って直線 £ sの長さを Lと すると、
    [0042] Θ 1 = Θ 2 - L/ R (単位はラジアン）
    [0043] でィ ンボリ ユ ート曲線の曲線開始点角度 Θ 1が求められる。
    [0044] ( 5 ) 以上の値から、 イ ンボリ ユ ー ト曲線上の点の座標は、 X = R. {cos(© + Θ 1 )+ ©sin(© + Θ 1) } + X。
    [0045] Y = R {≤ΐη(Θ + Θ 1 )- ®cos(0 + Θ 1) } 十 Υ 0
    [0046] で与えられる。
    [0047] Θを Θ = ( Θ 2 - Θ 1 ) から Θ = ( Θ 3 - Θ 1 ) までのあ いだを、.一定角度ずつ増分させていく とイ ンボリ ユー ト曲線 の半径は角度 Θに伴って増加するので、 速度は角度に比例し て増加する。 従って、 Θの増分をィ ンボリユー ト曲線上の接 線速度が一定になるように制御する必要がある。
    [0048] ここで、 上記の 2式から、
    [0049] ( d X / d Θ ) = R · Θ · c o s ( Θ + Θ 1 )
    [0050] ( d Υ/ d Θ ) = - R · Θ · s i n ( Θ + Θ Ι )
    [0051] ( d £ d Θ ) =|(dX/ d Θ) z + ( dY/ d Θ ) 2 = R · Θ 従って、
    [0052] d © = ( d £ /R - © )
    [0053] ここで、 差分をとると、
    [0054] 厶 Θη = (厶 £ /R · θ )
    [0055] 厶 £は一定時間に移動する距離であるので、
    [0056] 厶 £ = Κ = τ · ( F / 6 0 )
    [0057] ただし、 rはパルス分配周期 （イ ンボリ ユー ト捕間周期） で あり、 単位は秒である。 Fは送り速度で単位は （m m Z m i n ) である。 従って、 Θの増分は、
    [0058] Θ„ + 1 = Θ„ + Δ Θ » = Θ„ + K / ( R · Θ ) で求められ る。 この θ η + 1 に対応する Χ η + 1 , Υ η + 1 を求めて前回の X „ . Υ η との差分を分配パルス として出力してい く こ とによ り、 イ ンボリ ユー ト曲線の接線速度を一定に制御することが でき る。
    [0059] 第 2図に本実施例の数値制御装置の概略図を示す。 図にお いて、 1 はテープ指令であり、 先に述べた指令をパンチした テープである。 2 はテープリーダであり、 このテープ 1 を読 み取る。 3 は前処理手段であり、 イ ンボリ ユー ト捕間指令が あるかを Gコー ドから判断する。 4 はイ ンボリ ユ ー ト補間デ ータ作成手段であり、 上記に説明したィ ンボリ ユー ト捕間に 必要なデータを指令値から作成する。 5 はパルス分配手段で あり、 イ ンボリ ユー ト捕間データ作成手段 4 で作成されたデ ータから上記の式にもとずいて、 Θをィ ンボリ ユ ー ト曲線の 接線速度が一定になるように増分させてイ ンボリ ユー ト曲線 の各点を求め、 補間を行い、 パルスを分配する。 6 はサーボ 制御 @1路であり、 指令によってサーボモータを駆動する。 7 はサーボモータであり、 ボールネジ等を介して機械 8を移動 させる。
    [0060] 以上説明したように本発明では、 数値制御装置内でィ ンボ リ ュー ト曲線の補間のためのデータを計算し、 このデータか らィ ンボリ ユ ー ト曲線の接線速度が一定になるように角度の 増分を制御するように構成したので、 イ ンボリ ユー ト曲線の 加工速度が一定になる。
    权利要求:
    Claims請 求 の 範 囲
    1. 数値制御装置等における加工のためのィ ンボリ ュー ト 補間速度制御方式において、
    イ ンボ リ ユー ト曲線の回転方向、 終点の座標、 始点からみ た基礎円の中心位置、 該基礎円の半径 （ R ) 、 速度を指令し、 該指令と始点の座標値から、 前記イ ンボリ ユー ト曲線の基 礎円の中心の座標 （ Χ。 ， Y。 ） 、 始点の角度 （ Θ 2 ) 、 終 点の角度 （ 6) 3 ) 、 曲線開始角度 （ ® 1 ) を求め、
    ィ ンボリ ユ ー ト曲線上の点を表す式、
    X = R {cos(©十 Θ 1 )+ ®sin(@十 Θ 1〉 } + X 0
    Y = R {sin(0 + Θ 1 )- ©cos(© 4- Θ 1) } + Y0 力、ら、 Θ = ( Θ 2 - Θ 1 ) 〜 θ = ( Θ 3 - Θ 1 ) の範囲で、 Θの 増分を、
    Θ„ + , = ©„ + K / ( R - ® )
    増分させてこれに対応した点 Xn+ 1 . Yn + 1 を前記式より求 め前画の点との差分を求めて、
    イ ンボ リ ユー ト曲線を補間する イ ンボ リ ユ ー ト捕間方式。
    2. 前記指令は平面の指定を舍むことを特徴とする特許請 求の範囲第 1項記載のィ ンボリ ユ ー ト補間方式。
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