能够分散地执行多个轴的轴控制处理的数值控制装置

摘要

本发明的控制由多个轴构成的机械的数值控制装置具备具有多个核心的多核心处理器。如果请求了使多个核心分别执行以任意的轴数量单位将多个轴的轴控制处理分割为多个的多个分割轴区别处理，则对这些多个核心分别配置的执行部执行分割轴区别处理。另外，监视这些多个分割轴区别处理的完成状态。

说明书

技术领域

本发明涉及一种数值控制装置，特别涉及在具有多核心处理器的数值控制 装置中，能够使该多核心处理器的多个核心分散地执行轴控制处理从而提高性 能的数值控制装置。

背景技术

在控制机床的数值控制装置的控制软件的处理中，存在以下处理，即以各 种内插处理和用于生成向各控制轴的分配数据的轴控制处理为代表的实时性 高的处理、以进行加工程序的分析和进行内插准备数据的生成的自动运转处 理、进行与画面显示和操作对应的动作的HMI(human-machineinterface：人 机界面)处理为代表的实时性低的处理。

实时性高的轴控制处理需要在既定的周期内完成，因此如果轴控制处理的 时间随着控制轴数的增加而增大，则难以在既定周期内向实时性低的自动运转 处理、HMI处理等分配处理时间。例如，在使在模具加工中指示的由微小线 段构成的加工程序高速地运转的情况下，需要短时间地大量进行加工程序的分 析和内插准备数据的生成，但如果成为轴控制处理的时间这样地增大的状况， 则不充分地进行自动运转处理、HMI处理，因此产生以下的问题，即无法达 到指令速度，分配脉冲中途中断而加工面紊乱，画面显示的更新和操作的响应 变慢。

以平缓地进行加工程序的分析和内插准备数据的生成为目的，在日本特开 昭63-181005号公报和日本特开平1-195507号公报中，提出了以下的技术， 即将加工程序的分析和内插准备数据的生成分割为多个工序，使得多CPU的 各个CPU分担地处理该分割后的各工序而进行处理。

另外，以削减成本为目的，在日本特开2014-35564号公报中公开了以下 的技术，即提供一种将以前分开的数值控制处理器和时序控制处理器分别整合 为一个处理器的多核心的一个的具有多核心处理器的数值控制装置，并且通过 高速的串行总线连接处理器和外围控制LSI，由此谋求削减LSI的销，能够进 行外围控制LSI的整合。

数值控制装置的控制软件的处理量通过实现机床的多轴化、多系统化、高 功能化的需求而逐年增加，基于多轴化的轴控制处理的增加特别显著。另外， 为了实现更高速并且高精度的加工，还要求进一步缩短实时性高的轴控制处理 的既定周期，作为结果需要在更短时间进行更多的处理。

在上述日本特开昭63-181005号公报和日本特开平1-195507号公报所记 载的多CPU的硬件结构中，成本也与CPU数的增加一起上升，进而安装它的 外围的硬件电路也变得复杂，因此设计、维护所花费的工时增大。另外，这些 公知技术直接减轻了加工程序的分析和内插准备数据的生成处理时间，但并没 有直接减轻因机床的多轴化产生的轴控制处理的增加，因此作为对近年来的要 求的对策是不充分的，进而也可以通过采用动作频率高的CPU来提高处理的 速度，但产生发热和消耗功率增大这样的问题，并不面在向在制造现场等严酷 的环境下使用的机床的控制中使用的处理器。

另一方面，在日本特开2014-35564号公报所记载的具有多核心处理器的 数值控制装置的情况下，能够在削减成本的同时将发热、消耗功率进行抑制而 降低，但并不直接减轻因机床的多轴化造成的轴控制处理的增加，因此与上述 的日本特开昭63-181005公报、日本特开平1-195507号公报所记载的技术一 样，作为对近年来的要求的对策并不充分。

发明内容

因此，本发明的目的在于：提供一种数值控制装置，其动作频率比较低， 也将发热、消耗功率抑制得较低，并且使用比多CPU结构更廉价的多核心处 理器，具备用于将轴控制处理分割为任意的轴数量单位而使多核心处理器的多 个核心分散地执行的单元。

本发明的数值控制装置具备具有多个核心的多核心处理器，控制由多个轴 构成的机械，在既定周期的时间内完成由对上述多个轴的每个轴处理的轴区别 处理、在轴之间共同地处理的共同处理构成的轴控制处理。该数值控制装置进 而具备：执行开始请求部，其向上述多个核心分别请求执行按照任意的轴数量 单位将上述多个轴的上述轴控制处理分割为多个的多个分割轴区别处理；分割 轴区别处理执行部，其分别配置在上述多个核心，接受上述执行开始请求部的 请求，执行上述分割轴区别处理；执行完成监视部，其监视上述分割轴区别处 理执行部进行的上述多个分割轴区别处理的完成状态。

上述数值控制装置也可以在上述执行开始请求部请求使上述多个核心的 每个分散地执行上述多个分割轴区别处理时，使用核心间中断。

也可以是上述分割轴区别处理执行部向核心间共享存储器写入分割轴区 别处理的完成状态，另外上述执行完成监视部监视上述核心间共享存储器。

本发明通过具有以上的结构，在控制轴数量多的机床的情况下，也能够使 用多核心处理器短时间地进行实时性高的轴控制处理，进而还能够充分确保对 自动运转处理、HMI处理等实时性低的处理的分配时间。因此，在将发热、 消耗功率抑制得较低的同时比较廉价地提高数值控制装置整体的性能，因此能 够对应机床的多轴/多系统化、高功能化的要求。

进而，即使在将来控制轴数量增加的情况下，只要使用核心数量多的多核 心处理器使与增加量的轴有关的轴控制处理分散即可，针对控制轴数增加的对 应变得容易。

附图说明

根据参照附图的以下的实施例的说明能够了解本发明的上述和其他目的 和特征。

图1是说明本发明的数值控制装置的一个实施方式的主要部分的框图。

图2是表示不使用多核心处理器而通过一个CPU实现的、现有的数值控 制装置进行的、在通常时和轴控制处理的增大时的每个既定周期执行的处理的 概要的图。

图3是表示在图2所示的轴控制处理增大时的每个既定周期执行的处理中 由4个“共同处理”和3个“轴区别处理”构成轴控制处理的例子的图。

图4是针对图3所示的“轴区别处理<1>”表示使用了具有4个核心的多 核心处理器的轴控制处理的分散例子的图。

图5是表示图1的数值控制装置的在多核心处理器的任意一个核心上执行 的执行开始请求处理的流程的流程图。

图6是表示图1的数值控制装置的在多核心处理器的任意一个核心上执行 的向本核心分配的分割轴区别处理的流程的流程图。

图7是表示图1的数值控制装置的在多核心处理器的任意一个核心上执行 的用于等待分割轴区别处理的完成的执行完成监视处理的流程的流程图。

具体实施方式

图1是说明本发明的数值控制装置的一个实施方式的主要部分的框图。

数值控制装置10具备多核心处理器30、整合化外围控制LSI11、由电动 机控制部处理器14及其外围控制LSI15构成的电动机控制部13、进行与电动 机驱动用放大器20之间的通信的放大器接口部16，这些元件分别通过内部总 线22连接。

多核心处理器30具备第一核心31～第四核心34的4个核心、产生中断中 特别是CPU核心之间的中断的核心间中断产生部35、为了传送来自各种设备 的状态变化等而产生中断的中断控制部36，这些元件通过处理器内部总线37 连接。多核心处理器30进而具备用于在各核心31～34之间共享信息的在核心 间通信中使用的核心间共享存储器。例如，使用DRAM12作为核心间共享存 储器。

多核心处理器30对用于控制与数值控制装置10连接的电动机驱动用放大 器20的加工程序进行分析处理，根据该分析处理的结果执行移动指令生成处 理而生成移动指令，经由整合化外围控制LSI11和内部总线22，向电动机控 制部13的外围控制LSI15的内部RAM(未图示)发送该生成的移动指令。

由电动机控制部13的电动机控制部处理器14读取写入到该内部RAM的 移动指令，生成向电动机驱动用放大器20发送的电动机控制用的数据。然后， 电动机控制部处理器14经由内部总线22向放大器接口部16的通信控制LSI17 发送该生成的电动机控制用的数据。

放大器接口部16的通信控制LSI17向电动机驱动用放大器20发送写入到 该内部RAM的数据。然后，电动机驱动用放大器20驱动相当于机床(未图 示)所具备的多个轴的电动机21，控制机床(未图示)。

另外，多核心处理器30还执行可编程设备控制处理(PMC处理)，其根 据来自与数值控制装置10连接的机床(未图示)的输入数据等，执行预定的 时序控制用程序。并且，根据PMC处理结果，向机械侧I/O单元18发送用于 根据PMC处理结果控制机械的各机械元件的信号。

显示器/MDI单元19是具备显示器、键盘等的手动数据输入装置。整合化 外围控制LSI11接受来自键盘的指令和数据并向多核心处理器30发送，并且 向显示器/MDI单元19的显示器输出通过在多核心处理器30上执行的显示处 理输出的显示指令。

图2是表示不使用多核心处理器而通过一个CPU实现的、现有的数值控 制装置的、在通常时和轴控制处理的增大时的每个既定周期执行的处理的概要 的图。

图2所示的“轴控制处理”是各种内插处理、对各控制轴的分配脉冲生成 处理等实时性高的处理，需要在既定周期内结束控制轴数量的处理。

另一方面，“自动运转处理”是用于对为了驱动机床而加工工件由用户生 成指示的加工程序进行分析，生成用于内插的准备数据的处理。另外，“HMI 处理”是用于进行与画面显示、操作对应的动作的处理。这些“自动运转处理”、 “HMI处理”都是并不一定需要在规定周期内结束的实时性低的处理，在下 一个周期继续执行无法结束的剩余的处理。

例如，在控制由X轴、Y轴、Z轴的基本3轴构成的控制轴数少的机床的 数值控制装置中，如图2的左边(通常时)所示那样，规定周期内中轴控制处 理所占的比例比较小，因此向自动运转处理、HMI处理都分配了充分的时间。

另一方面，还存在为了控制加工台、工具的姿势而具有多个旋转轴的机床、 为了设置多个工件同时进行加工而具有多个上述基本3轴、旋转轴的多轴机 床。在控制这样的控制轴数多的机床的数值控制装置中，如图2的右边(轴控 制处理增大时)所示那样，规定周期内中轴控制处理所占的比例比较大，因此 没有向自动运转处理、HMI处理分配充分的时间。

如果成为这样的状况，则在使如模具的加工程序那样程序块长度短并且加 工速度快的加工程序运转的情况等下，来不及进行加工程序的分析、用于内插 的准备数据的生成，因此产生加工面紊乱、画面显示的更新、操作的响应变慢 这样的弊端。

在数值控制装置的轴控制处理中包含不依存于各控制轴而共同地进行处 理的“共同处理”、对每个控制轴个别地处理的“轴区别处理”。

图3是表示在图2所示的轴控制处理增大时的每个既定周期执行的处理中 由4个“共同处理”和3个“轴区别处理”构成轴控制处理的例子的图。在“轴 区别处理”中，在轴循环内按照顺序对第一轴～第16轴执行重复处理。此外， 图3(和图4)中的“(N)”表示第N轴(N＝1、2、……16)。

图4是针对图3所示的“轴区别处理<1>”表示使用了具有4个核心的多 核心处理器的轴控制处理的分散例子的图。

在图4的轴控制处理的分散例子中，通过第一核心处理“共同处理<1>” 和“共同处理<2>”，使第一核心分散处理应该在其间执行的16轴量的轴区 别处理<1>中的第一轴～第四轴的4轴量的分割轴区别处理<1>，使第二核心分 散处理第五轴～第八轴的4轴量的分割轴区别处理<2>，使第三核心分散处理 第九轴～第十二轴的4轴量的分割轴区别处理<3>，使第四核心分散处理第十 三轴～第十六轴的4轴量的分割轴区别处理<4>。

在第一核心中，在执行“共同处理<1>”后，进行执行开始请求部的处理。 按照分割的个数即4个，将表示分割为4个的分割轴区别处理的完成的完成信 息配置在核心间共享存储器40。在本处理中，首先，对这些4个完成信息进 行初始化。接着，经由核心间中断产生部35使第二、第三、第四核心产生核 心间中断，请求开始向这些核心的每个分配的分割轴区别处理执行部<2>、 <3>、<4>的处理。然后，开始向第一核心自身分配的分割轴区别处理执行部 <1>的处理。

在第二、第三、第四核心中，接受上述核心间中断的产生，对每个核心启 动并执行与中断对应的分割轴区别处理执行部<2>、<3>、<4>的处理。

在分割轴区别处理执行部<1>、<2>、<3>、<4>的处理中，按照所分配的 轴数量(在本实施例中，任意的核心全部是4轴)重复执行向各核心分配的分 割轴区别处理<1>、<2>、<3>、<4>。如果向各核心分配的轴数量的处理全部 完成，则向配置核心间共享存储器中的完成信息通知通过分割轴区别处理执行 部<1>、<2>、<3>、<4>完成了向对应的核心分配的分割轴区别处理。

另一方面，在第一核心中，如果分割轴区别处理<1>完成而通知了完成信 息，则进行执行完成监视部的处理。在此，确认全部4个核心的分割轴区别处 理的完成信息，根据全部成为完成状态的情况，结束本处理，转移到共同处理 部<2>的执行。

图5是表示执行开始请求部所执行的执行开始请求处理的流程的流程图。 该执行开始请求处理在多核心处理器的任意一个核心上(在本实施方式中是第 一核心)执行，对各核心进行分割轴区别处理的分配、分割轴区别处理的开始 请求。

[步骤SA01]对配置在核心间共享存储器中的全部完成信息进行初始化。

[步骤SA02]向变量n(分割轴区别处理的分割数计数器)分配2。

[步骤SA03]经由核心间中断产生部35，向执行第n个分割轴区别处理的 核心发行核心间中断。

[步骤SA04]使变量n的值增加1。

[步骤SA05]判定变量n的值是否大于分割轴区别处理的分割数。在变量n 大于分割轴区别处理的分割数的情况下，前进到步骤SA06，在不大于的情况 下返回到步骤SA03。

[步骤SA06]通过在本核心上发挥功能的分割轴区别处理执行部，启动第 一个分割轴区别处理。

图6是表示分割轴区别处理执行部所执行的分割轴区别处理的流程图。在 各核心上执行分割轴区别处理，依次执行向本核心分配的分割轴区别处理。

[步骤SB01]向变量m(分割轴数计数器)分配1。

[步骤SB02]执行分割轴区别处理内的第m个轴处理。

[步骤SB03]使变量m的值增加1。

[步骤SB04]判定变量m的值是否大于向本核心分配的分割轴数。在变量 m大于向本核心分配的分割轴数的情况下，前进到步骤SB05，在不大于的情 况下返回到步骤SB02。

[步骤SB05]将表示向本核心分配的分割轴区别处理的完成的完成信息设 置为完成状态。

图7是表示执行完成监视部所执行的执行完成监视处理的流程的流程图。 在多核心处理器的任意一个核心上(在本实施方式中是第一核心)上执行，用 于等待向各核心分配的分割轴区别处理的完成。

[步骤SC01]向变量n(分割轴区别处理的分割数计数器)分配1。

[步骤SC02]判定第n个完成信息是否为完成状态。在第n个完成信息是 完成状态的情况下，前进到步骤SC03，在不是完成状态的情况下，重复进行 步骤SC02。

[步骤SC03]使变量n的值增加1。

[步骤SC04]判定变量n的值是否大于分割轴区别处理的分割数。在变量n 大于分割轴区别处理的分割数的情况下，结束本处理，在不大于的情况下返回 到步骤SC02。

此外，一般在控制机床的轴中，存在设置加工工件的加工台、控制工具的 位置和姿势的伺服轴以及控制加工工件的盘旋和工具的旋转的主轴(spindle) 等各种用途的轴，但可以将上述的实施方式的例子中的轴控制处理应用于这些 各种用途的轴的轴控制中。

以上，说明了本发明的一个实施方式，但本发明并不限于上述实施方式的 例子，通过施加适当的变更，能够以其他形式实施。

例如，在执行完成监视部中检测出一个以上的分割轴区别处理的执行没有 完成的情况下，也可以使下位水平的非实时处理执行一定时间，使其动作而再 次返回到执行完成监视。另外，向各核心分配的分割轴区别处理的处理轴数并 不一定必须是固定的，例如也可以在15轴结构时，向第一核心分配3轴，向 第二～第四核心的每个分配4轴等，能够根据轴结构和核心能力设定向每个核 心分配的轴数并进行变更。