G31スキップ機能とCNCプローブ測定のプログラミング・安全設定

はじめに

スピンドルやタレットに装着されたタッチプローブの信号断線、あるいはツール径・長補正のキャンセル漏れは、CNC工作機械において瞬時に極めて深刻なハードコリジョン（衝突事故）を引き起こします。ワークの芯出しや寸法計測のためにプローブを動作させる際、制御装置はG31スキップ信号を検知して即座に軸移動を停止し、座標を記録して残移動量を消去することを想定しています。しかし、信号線の不具合やオペレータのミスによって補正が有効なままG31が実行されると、軸は高送り速度のままプログラムされた全移動量を走行し、繊細なルビースタイラスやプローブ本体がテーブル上のバイスジョー（vise jaw）やスピンドルチャック、あるいはワーククランプ（workpiece clamp）へ激突して測定ヘッドを粉砕します。これにより、サーボ過負荷アラーム（axis overload alarm）が発報して自動運転が緊急停止するだけでなく、高価なプローブが全損し、仕掛品は廃却処分（ruined scrap）に追い込まれます。これらのパラメータが未検証のまま量産に入ると、2ロット目から寸法ばらつきが広がり、最終検査で初めて不良が発見されるという重大なリスクを伴います。段取り前にFanucの3401番パラメータ、SiemensのMD 18800、Mitsubishiの#1174パラメータなどを確認・検証しておくことで、このコマンドで最も頻発する非計画停止を防ぐことができます。これにより、計測不良や座標の誤認識に起因する寸法再現性の低下や不良品発生を未然に防止し、量産加工における絶対的な繰り返し精度を確保できます。

技術概要

技術属性	仕様スペック
コマンドコード	G31
モーダルグループ	グループ00 / 非モーダル（ワンショット）
適用ブランド	Fanuc、Siemens、Mitsubishi
重要パラメータ	Parameter No. 3401 (Fanuc)、MD 18800 (Siemens)、Parameter #1174 (Mitsubishi)
主な制約事項	実行前にG40を用いてカッター補正（G41/G42）をキャンセルしなければなりません。

クイックリード

• G31またはG160をプログラミングする前に、G40でカッター補正をキャンセルする必要があります。
• 測定時の送り速度は、機械の惰走がプローブスタイラスの物理的な許容たわみ量を超えないよう、十分に低く設定する必要があります。
• プローブがあらかじめ接触（たわみ状態）している状態でG31を開始しないでください。即座にアラーム21700がトリガーされます。
• G31実行後のインクリメンタル（G91）移動は実際の接触点を基準に計算されるため、衝突を避けるために絶対値（G90）による退避動作を強く推奨します。
• マシンロック（machine lock）またはZ軸キャンセルスイッチをONにすると、制御装置がスキップ信号を無視し、衝突につながります。
• 多点スキップ入力ではPアドレスを使用します（FanucはP1〜P8、SiemensはP1〜P4、MitsubishiはP1〜P255のビットマスク）。

基本概念

G31スキップ機能は、現代のCNC加工における自動測定、ワークアライメント、およびツールセッティングに不可欠なツールです。制御装置がG31を実行すると、プログラムされた経路に沿って指定された送り速度で機械軸を駆動します。この直線運動中、コントローラはタッチトリガープローブに接続された外部デジタル入力をアクティブに監視します。プローブスタイラスがワーク、バイスジョー、またはツールセッターに物理的に接触した瞬間、スキップ信号がトリガーされます。

アクティブなスキップ信号を受信すると、CNCコントローラは即座に残移動量の消去を実行し、すべての軸移動を停止します。コントローラは、接触した瞬間の正確な機械座標を専用のシステムマクロ変数に記録し、パーツプログラムの次のブロックへ即座に進みます。このリアルタイムの座標キャプチャにより、マクロプログラムはオペレータの介入なしに、ワークオフセットの動的計算、治具アライメントエラーの検出、および工具破損の特定を実行できます。

G31サイクルの実行には、モーダルプログラミングの規則を厳密に遵守する必要があります。G31はグループ00に属する非モーダル（ワンショット）コマンドであるため、記述されたブロックにのみ適用されます。プログラマーは、G31を実行する前に、アクティブな工具径補正（G41/G42）をG40コマンドでキャンセルしなければなりません。これを怠ると位置決め競合が発生し、制御装置はプログラムエラーアラームをトリガーします。

コマンド構造

基本的なG31コマンドは、測定経路を定義するために目標座標と送り速度を必要とします。座標値は測定移動の終点を決定します。この座標に到達する前にプローブがスキップ信号をトリガーできなかった場合、機械はプログラムされた終点で停止し、次のブロックに進みます。速度ゼロで測定を実行することはできないため、G31ブロックで送り速度（Fコード）がアクティブであるか、または指定されている必要があります。

高度な測定構成向けに、コントローラはPアドレスまたは変更されたGコードを使用した多点スキップコマンドをサポートしています。Pアドレスは、スキップ移動中に制御装置がどの物理入力チャネルを監視するかを決定します。これにより、複数のプローブ（スピンドルプローブやテーブル取り付け型ツールセッターなど）を備えた機械で、配線を変更することなく特定の入力を選択的に監視できます。一部の制御装置では、Pアドレスは複数の入力を同時に監視するためのバイナリビットマスクとして機能します。

標準的なG31の構文および基本コマンド構造：

G31 X... Y... Z... F... [P...] ;

アドレス / パラメータ	説明
X, Y, Z	測定対象の目標終点を指定する絶対座標または増分（インクリメンタル）座標。
F	測定動作の速度を定義する測定送り速度（mm/minまたはinches/min）。
P	多点スキップ入力のセレクタまたはビットマスク（ブランドおよびオプションに依存）。
R	加減速の時定数方式（主としてMitsubishi制御で使用）。

ブランド別応用

Fanuc

Fanucシステムでは、G31コマンドは制御された送り速度で指定された軸に沿って移動します。Parameter No. 3401を介して構成されるGコードシステム選択（A、B、またはC）によって、座標アドレスの解析方法が決まります。旋盤システムAでは、絶対座標はXおよびZを使用し、インクリメンタル座標はUおよびWを使用します。システムBおよびCでは、絶対およびインクリメンタルモードはモーダルなG90およびG91を介して切り替えられます。電源投入時またはリセット時のデフォルトのモーダル状態は、Parameter No. 3402によって制御されます。

典型的なFanucの測定ブロックは、目標座標および指定された送り速度とともにG31を使用します。多点入力スキップオプションを使用する場合、プログラマーは物理的な入力チャネルを選択するためにPアドレス（P1からP8の範囲）を指定します。

Fanucの技術的詳細	説明 / 設定値
コアパラメータ	Parameter No. 3401 (Gコードシステム構成)、Parameter No. 3402 (リセット時のモーダル状態)
アラームコード	アラーム 21700 (起動時にプローブ信号がオンのまま)、アラーム PS0370 (オプションなしでPアドレスを指令)、アラーム PS0010 (オプション未装着での不適切なG31コマンド)
バージョン / オプションによる違い	オプションレベルにより、単一入力、4入力（P1〜P4）、または8入力（P1〜P8）をサポートします。

警告：刃先R補正（G41/G42）が有効な状態でG31測定移動を開始すると、位置決めオフセットが発生し、検証アラームがトリガーされます。測定を行う前に、必ずG40をプログラミングして補正をキャンセルしてください。

Siemens

SINUMERIK制御装置でG31を実行するには、G291を使用してパーサーをISO Dialectモードに切り替える必要があります。チャンネル固有のマシンデータMD 20154は、電源投入時またはリセット時のアクティブなGコードを定義します。外部言語インタプリタオプションは、マシンデータMD 18800によって有効化されます。

Siemensのコンパイラは、ISOスタイルのG31命令を翻訳します。プログラマーはP1からP4を指定して、機械構成で定義された4つのタッチトリガー入力から選択できます。

Siemensの技術的詳細	説明 / 設定値
コアパラメータ	MD 18800 (外部言語有効化)、MD 20154 (リセット時のアクティブなGコード)
アラームコード	アラーム 21700 (ブロック開始時にプローブがたわみ状態)、アラーム 14800 (送り速度がゼロまたは未プログラミング)、アラーム 61800 (外部CNC言語オプションなし)
バージョン / オプションによる違い	SINUMERIK 840D slはパラメータの変更を許可しますが、SINUMERIK 802D slのパラメータは書き込み保護されています。

警告：アクティブな、またはプログラムされた送り速度がない状態でG31を実行し、固定送り速度も定義されていない場合、制御装置はアラーム14800を出してサイクルを即座に停止します。

Mitsubishi

Mitsubishiシステムでは、デフォルトの測定送り速度はパラメータ#1174によって定義されます。このデフォルトのスキップ速度とアクティブなモーダル送り速度のどちらを使用するかの選択は、パラメータ#12022のbit 2によって制御されます。

Mitsubishiは、パラメータで定義された入力にマッピングされた多点スキップコマンドG31.1、G31.2、およびG31.3をサポートしています。さらに、G31はPアドレスビットマスク（1から255）を使用して指令し、アクティブなスキップ信号の論理和を評価することができます。

Mitsubishiの技術的詳細	説明 / 設定値
コアパラメータ	#1174 (デフォルト測定送り速度 skip_F)、#12022 (測定速度指定ビット)、#2102 および #2103 (測定加減速時定数)、#1366 (複数系統スキップインターロック)、#12058 (オーバートラベルプレチェック)
アラームコード	プログラムエラー P608 (カッター補正アクティブ)、プログラムエラー P35 (P値が1〜255の範囲外)、プログラムエラー P603 (送り速度Fが0かつ#1174が0)、MCPアラーム Y51 15/16 (無効な時定数)
バージョン / オプションによる違い	M80V TypeBは競合する高精度Gコードの同時実行を制限します。C80シリーズはZRデバイス変数（#50000から#52749）を使用したPLC統合をサポートします。

警告：カッター補正がアクティブな状態でG31またはG160を実行しようとすると、即座にプログラムエラーP608がトリガーされます。測定を開始する前に、必ずG40が有効であることを確認してください。

ブランド比較

比較項目	Fanuc	Siemens	Mitsubishi
インタプリタ構造	標準ISO dialectパーサー	バイリンガルインタプリタ（ISO dialectモードG291からSiemensモードG290への移行）	ネイティブMitsubishi CNC Gコードパーサー
多点入力チャネル	P1〜P8入力をサポート（オプションに依存）	P1〜P4入力をサポート（システムマシンデータを介してマッピング）	P1〜P255入力をサポート（論理和のビットマスクとして評価）
センサレス測定	— (no source)	— (no source)	ネイティブG160トルク制限スキップ機能
オプション検証	厳格なオプションチェック（無効な場合はアラームPS0370をトリガー）	外部dialectオプションがない場合はアラーム61800をトリガー	P指令値チェック（1〜255の範囲外の場合はプログラムエラーP35をトリガー）
EGB同期スキップ	専用のG31.8 EGBスキップ機能	— (no source)	専用のG31.8 EGBスキップ機能

技術解析

3つの制御装置ブランドにおけるG31実装の比較評価は、インタプリタの動作、入力信号のマッピング、および安全処理における主要な構造的相違点を浮き彫りにしています。Siemens制御のバイリンガルインタプリタは、G291 ISOモード下でG31コマンドを内部変数に翻訳することによって動作します。制御装置は、ネイティブのSiemensモード（G290）に移行してこれらの転送パラメータを読み取り、高度な測定サイクルを実行できます。一方、FanucおよびMitsubishiは、主要なGコードコンパイラ内で直接G31スキップ機能を実行するため、実行速度は確保されますが、マクロベースの変数マッピングが必要となります。

安全機能についても、ブランド固有の大きな違いがあります。Siemens制御は、デジタル入力をトリガーとするG10.6（ラピッドリフト）を使用した独自の安全退避機能を強制します。G10.6を動作させるには、メモリ内に割込みプログラムであるCYCLE3106.spfがあらかじめロードされている必要があり、そうでない場合、制御装置はアラーム14011を発報して停止します。Mitsubishiは、G160（トルク制限スキップ）を提供することで、センサレス安全をさらに一歩進めています。G160は物理的なプローブなしで動作し、主軸または軸モータの電流制限（Q）と溜りパルス偏差値（D）を監視して、素材、ワーク保持バイスジョー、またはチャックとの物理的接触を検出し、制限を超えた場合に即座に軸を停止させます。

入力選択の方法は、異なる構成思想を反映しています。Fanucは標準的なオプションチェックを採用しており、多点スキップオプションが有効になっていない状態でPアドレス（P1〜P8）を使用すると、即座に機械が停止しアラームPS0370が発報されます。Siemensは、チャンネル固有のマシンデータを介してP1〜P4入力を直接マッピングします。Mitsubishiは、1から255の範囲の厳格なPアドレスビットマスクを使用して多点入力スキップを処理します。このモードでは、P値はアクティブなスキップ信号の論理和を表し、1から255の範囲外のプログラム値はすべてプログラムエラーP35をトリガーします。

プログラム例

Fanuc

G40 ;
G90 G31 Z-50.0 F100.0 ;
G10.6 Z5.0 ;

空運転 (dry run)

まず、G40コマンドによりアクティブな工具径補正または刃先R補正をキャンセルし、位置決め計算の競合を防ぎます。次に、G31によって絶対座標のZ-50.0に向けた直線測定動作が100 mm/minの送り速度で開始されます。スピンドルプローブがワーク表面（例：Z-32.4）に接触すると、スキップ信号がトリガーされ、CNCは即座にZ軸の移動を停止し、システム変数にZ-32.4を保存し、残りの移動量17.6 mmを消去して、次のブロックに進みます。最後に、G10.6でプローブをZ5.0まで退避させます。Z-50.0までにプローブがワークに接触しない場合、機械は目標のZ-50.0で停止し、退避ブロックへ進みます。

Siemens

G291 ;
G40 ;
G31 P2 Z120.0 F200.0 ;
G290 ;

空運転

G291コマンドは、バイリンガルなSINUMERIK制御装置をISO Dialectモードに切り替え、標準のFanucスタイルGコードを解析できるようにします。G40は、安全な直線補間を保証するためにアクティブなカッター径補正をキャンセルします。G31 P2コマンドは、P2にマッピングされた物理入力チャネルを監視しながら、200 mm/minの送り速度でZ120.0に向けた直線測定経路を開始します。プローブスタイラスがZ105.5でバイスジョーまたは治具に接触すると、スキップ信号がトリガーされ、軸の動きが即座に終了し、実際の座標が保存され、残りの移動量は破棄されます。その後、バイリンガルパーサーはG290を実行し、サブプログラムや標準のSiemensミーリングサイクルのためにネイティブのSiemensモードに戻ります。

Mitsubishi

G40 ;
G31 Z-50.0 R1 F100.0 ;
G160 Z-25.0 Q80 D0.5 F40.0 ;

空運転

G40コマンドによりアクティブな工具径補正をキャンセルし、プログラムエラーP608を回避します。G31 Z-50.0 R1 F100.0は、100 mm/minでZ軸の測定を開始します。R1アドレスは、急激な停止を防ぐために、パラメータ#2102および#2103に従って自動加減速を適用するようコントローラに指令します。タッチトリガープローブが通電回路を閉じると、軸の移動が減速停止し、実際の座標が変数#5061に格納され、残りの経路は破棄されます。後続のG160ブロックは、40 mm/minでZ軸に沿ってセンサレストルク測定を実行します。スピンドルモータのトルク負荷が80%（Q80）を超えるか、またはサーボの溜りパルス偏差が0.5 mm（D0.5）を超えた場合、制御装置はトルクスキップイベントを登録してZ軸を停止させ、残移動量を消去し、接触座標を保存します。

エラー解析

ブランド	アラームコード	トリガー条件	オペレータに現れる症状	原因 / 対策
Fanuc	Alarm 21700	G31動作開始前にスキップ信号がアクティブになっている	制御装置がアラームにより即座に一時停止し、サイクルが停止する	プローブスタイラスが接触・たわみ状態にあるか、固着している、または電気的な欠陥がある。障害物を取り除くか、センサをリセットしてください。
Fanuc	Alarm PS0370	Pアドレス（P1〜P8）が指令されているが、多点スキップオプションが無効になっている	G31ブロックでサイクルが一時停止し、アラームが表示される	多点入力オプションが購入または設定されていない。Pコマンドを削除するか、オプションを有効にしてください。
Siemens	Alarm 14800	送り速度Fが0に設定されているか、省略された状態でG31が実行された	測定移動が開始されず、制御装置がアラーム停止する	有効なモーダルFコードがなく、デフォルトパラメータ値も設定されていない。ブロックで送り速度Fを指定してください。
Siemens	Alarm 61800	G31が実行されたが、外部言語コンパイラが有効になっていない	G291またはG31コマンドでサイクルが一時停止する	パラメータMD 18800またはオプションビット19800が無効になっている。外部言語サポートを有効にしてください。
Mitsubishi	Program Error (P608)	工具補正がアクティブな状態でG31またはG160が実行された	制御装置が一時停止し、ブロック開始時にサイクルが異常終了する	工具径/刃先R補正（G41/G42）がアクティブである。G31/G160の前にG40をプログラミングしてください。
Mitsubishi	Program Error (P35)	P値が有効範囲である1〜255の範囲外で指令された	測定サイクルがプログラムエラーで即座に停止する	不適切なP値マスクがプログラミングされている。Pアドレスを1〜255の範囲に修正してください。
Mitsubishi	Program Error (P603)	F語の指定なしでG31またはG160が指令され、かつパラメータ#1174が0になっている	測定が実行されず、サイクルが一時停止する	送り速度が省略され、かつデフォルトの測定送り速度パラメータ#1174が設定されていない。Fを指定するか#1174を設定してください。

実務応用ノウハウ

G31による計測サイクルを実行する際、カッター補正（G41/G42）をG40で明示的にキャンセルし忘れると、位置決め衝突（positioning conflict）が発生し、コントローラはプログラムエラーを生成して自動運転を緊急停止させます。また、測定スピード（送り速度 F）を適切に制御しないと、プローブがワークに接触してから完全に停止するまでの惰走距離（coasting distance）がスタイラスの物理的な許容たわみ量を上回り、ルビーボールや測定ヘッドそのものを破損する原因となります。惰走距離は、式 δ₀ = (F / 60) × (T_p + t₁ ± t₂) （Fは送り速度、T_pは位置ループ時定数、t₁は応答遅れ時間、t₂は応答誤差時間）によって決定されるため、高すぎる送り速度でのアプローチは絶対に避けるべきです。段取り工程において、マクロプログラム側でシステム変数（Mitsubishiの#5061など）から読み取ったスキップ座標値からこの応答遅延分のオフセット量を差し引く補正ロジックを組み込むことで、寸法測定値の絶対的な再現性が得られます。さらに、機械ロック（machine lock）やZ軸キャンセルスイッチがONになっていると、制御装置はスキップ信号そのものを無視してプログラムされた全距離を突き進むため、衝突が不可避となります。オペレータは測定開始前にこれらのスイッチ状態を必ず確認しなければなりません。

FanucやSiemensでよく見られるエラーとして、スタイラスがすでに傾いていたり、センサ内部の接点が固着していると、G31動作開始時にアラーム21700（スキップ信号アクティブ）がトリガーされ、サイクルが開始されません。さらに、G31を実行した直後のブロックで増分値（G91）指令による逃げ動作を記述する場合、制御装置はプログラム上の目標値ではなく「実際にプローブが接触した測定点」を基準として次の移動量を計算するため、退避経路が動的にずれてワーククランプやバイスジョーにプローブ本体が激突するリスクが生じます。この衝突トラブルを防ぐため、G31直後の退避移動は必ず絶対値（G90）座標で記述し、あらかじめ安全が確認されている絶対退避点までプローブを確実に引き込ませるプログラム設計を徹底してください。また、Mitsubishiシステムにおいて送り速度Fを省略した場合の動作は、パラメータ#12022のbit 2（skipF_spec）でモーダル送り速度を使用するか、デフォルトのスキップ送り速度パラメータ#1174（skip_F）を使用するかが切り替わりますが、#1174が0に設定されているとプログラムエラーP603が発報されて動作しません。段取り前にこれらの設定を必ず整合させておくことが安定稼働への鍵となります。

関連コマンド

• G28 自動基準位置復帰: スピンドルにタッチプローブを装着する前に、機械軸をホームポジション（原点）に復帰させるために使用します。
• G29 基準位置からの復帰: プローブをワークピースの近くに位置決めするために、基準位置から戻る移動を指令します。
• G30 第2・第3・第4基準位置復帰: 軸を副基準位置（第2〜第4原点）に復帰させます。プローブを装着するための自動工具交換（ATC）シーケンスで頻繁に使用されます。
• G10.6 ラピッドリフト: 非常時にデジタル信号をトリガーとして、高速での工具退避および復旧シーケンスを指令します。
• G160 トルク制限スキップ: トルク制限状態で軸を移動させ、センサレス測定を可能にします。

おわりに

G31スキップ機能とタッチプローブの統合は、CNC加工における無人ワーク芯出しやインプロセスでの工具摩耗・破損検知を自動化する上で極めて有効な手段です。段取り時にG40による補正キャンセルをプログラムに確実に組み込み、惰走距離を考慮した安全な低送り速度と絶対座標（G90）による退避動作を徹底することで、物理的なプローブ破損事故を完全に排除できます。量産ラインにおいてロットを跨いだ一貫した寸法精度と再現性を維持するために、各制御装置パラメータ（Fanucの3401番、SiemensのMD 18800、Mitsubishi of #1174）の確認と定期的な空運転による動作検証を、標準的な段取りチェックシートに組み込んで運用することを強く推奨します。

よくある質問

G31測定サイクルを実行した際、ワークに接触していないにもかかわらず、動作開始直後に「アラーム21700」（Fanuc/Siemens）が発生して停止するのは何が原因ですか？

スタイラスの物理的な固着や損傷のほか、測定ヘッドやレシーバのコネクタ部への切削油剤（クーラント）浸入による信号の短絡、あるいは信号極性（常時開/常時閉）のパラメータ設定ミスが考えられます。動作検証として、まずプローブを手動で軽く動かしてレシーバの受信LEDが反応するか確認し、診断画面でスキップ入力信号（FanucのX4.7など）のオン/オフ状態が物理的な状態と一致しているかを実機で確認してください。

量産ロットの稼働中、ワークの寸法測定結果が加工時間とともにばらつき、特定のロットから測定値の再現性が低下する場合のパラメータ検証ポイントはどこですか？

各軸の位置ループゲインの熱的変動や、スキップ加減速時定数のミスマッチが要因となります。特にMitsubishi制御では、パラメータ#2102（skip_tL）および#2103（skip_t1）に格納されているスキップ用の時定数が適正でないと、軸停止のばらつきがそのまま位置情報に影響します。対策として、段取り時にこれらのパラメータ値を再確認し、毎シフト開始時に必ず基準マスターゲージを測定して補正誤差（キャリブレーション値）をシステム変数に再ロードする自動校正マクロを実行してください。

タッチプローブを使用せず、モーター電流を監視するトルク制限スキップ（Mitsubishi G160）を安全に使用するための注意点は何ですか？

G160ではトルクしきい値（Q）と溜りパルス偏差（D）のバランスが崩れると、正常な軸加速時に誤検知するか、または実際の干渉時に応答が遅れて治具を破損させます。ワークを掴んでいない状態での早送り動作時の負荷電流ピークをあらかじめモニタリングし、検知トルクしきい値Qをアイドル時のピーク値より20〜30%高く設定した上で、最初は安全な位置で手動作動テストを行い検出感度を最適化してください。