KR0182393B1

KR0182393B1 - 가상의 컴퓨터 수치 제어 공작 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR0182393B1
Application number: KR1019960038360A
Authority: KR
Inventors: 신하용; 서준호; 김정환
Original assignee: 김종삼; 주식회사큐빅테크
Priority date: 1996-09-05
Filing date: 1996-09-05
Publication date: 1999-04-15
Also published as: KR19980020028A

Abstract

본 발명은 컴퓨터를 이용하여 실제와 같은 순서와 방법으로 수치 제어(Numerical Control : 이하 NC라 한다.) 기계를 조작할 수 있도록 교육하는 가상의 컴퓨터 수치 제어(Computerized Numerical Control) 공작 시스템 및 방법에 관한 것이다.

본 발명은 NC 코드를 읽어 드리는 입력 수단과, 상기 입력 수단 또는 기억 수단으로부터 NC 코드를 읽어 공구 이동 신호를 발생시키는 중앙 처리 수단과, 상기 중앙 처리 수단으로 부터의 신호에 의해 기계 및 공구의 이동과 피삭재의 가공 모습을 실시간으로 나타내 주는 기계 표시 수단과, 상기 중앙 처리 수단으로 부터의 신호에 의해 피삭재의 최종가공 모습을 나타내 주는 검증 표시 수단과, 상기 중앙 처리 수단에서 요구하는 데이터를 저장하는 기억수단과, 상기 중앙 처리 수단과, 상기 기계 표시 수단과, 상기 검증 표시 수단이 각각 독립하여 동시에 작동하도록 제어하는 수단을 포함하여 구성된다.

본 발명은 NC 기계의 조작법을 익히기 위한 도구로서 하드웨어로 프로그램 조작기와, 소프트 웨어로 CNC 시뮬레이터등의 장점을 채용함으로써 CNC 공작 기계의 실제 가공 공정 시뮬레이션인 모의 가공을 통해 가공 공정에 대한 이해를 높일 수 있으며, 실제 콘트롤러 패널과 동일한 화면 구성과 조작으로 콘트롤러의 조작법을 소프트웨어적으로 습득할 수 있다. 또한 NC 코드에 대한 피삭재의 가공 상태를 검증함으로써 프로그래밍에 대한 이해를 높일 수 있어 교육의 연계 효과를 더욱 높일 수 있다.

Description

가상의 컴퓨터 수치 제어 공작 시스템 및 방법

본 발명은 컴퓨터를 이용하여 실제와 같은 순서와 방법으로 수치 제어(Numerical Control : 이하 NC라 한다.) 기계를 조작할 수 있도록 교육하는 가상의 컴퓨터 수치 제어(Computerized Numerical Control : 이하 CNC라 한다.) 공작 시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 NC 기계는 외부 또는 콘트롤러에서 직접 작성한 NC 코드를 콘트롤러가 해석하여 기게로 보낸 각 좌표축 이동 신호에 따라 공구가 이동하여 원하는 형상으로 피삭재를 절삭하는 장치를 말한다.

이러한 NC 기계를 실제로 조작할 때 발생할 수 있는 위험과 NC 기계의 파손을 방지하기 위해 능숙하게 NC 기계를 사용할 수 있도록 조작법을 충분하게 익힐 필요가 있게 된다.

NC 기계의 조작법을 익히기 위한 도구로는 하드 웨어로 프로그램 조작기가 있으며, 소프트 웨어로 CNC 시뮬레이터등이 사용되고 있다.

상기 프로그램 조작기는 NC 기계중 기계부분을 제외하고 콘트롤러 부분만을 독립시킨 장치로서, 수동 NC 코드 작성, 기계 패널 조작 등 콘트롤러 기능의 대부분을 익힐 수 있으나, 콘트롤러를 실행시켜도 실제 기계와 연결되어 있지 않아 가공중 공구 이동 등 기계 작동을 볼 수 없으며, 실제 NC 기계에 의한 피삭재의 가공후 과절삭, 미절삭 등의 검사도 불가능하게 된다.

또한 상기 CNC 시뮬레이터는 NC 코드를 작성한 뒤 각종 가공 조건의 설정을 통해 모의 가공을 해보고 가공후 피삭재를 검증해 볼 수는 있으나, 모의 가공시 가공 조건은 콘트롤러 조작 패널을 통해서 입력하는 것이 아니라 자체 입력 방식에 의함으로써 콘트롤러 사용법을 익히기가 어려울 뿐만 아니라, 피삭재의 형상은 화면에 나타나지만 NC 코드에 의한 공구 이동등 기계 작동 명령에 따른 기계의 반응 및 그때 까지의 피삭재 가공 모습은 볼 수 없게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 컴퓨터를 이용하여 실제와 같은 순서와 방법으로 NC 기계를 조작할 수 있도록 교육하는 시스템 및 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

제1도는 본 발명의 한 실시예에 따른 공작 시스템의 구성을 도시한 블럭도이다.

제2도는 본 발명의 한 실시예에 따른 쓰레드(Thread)의 동작을 도시한 도면이다.

제3도는 본 발명의 한 실시예에 따른 공작 시스템의 작동을 도시한 전체 흐름도이다.

제4도는 본 발명의 한 실시예에 따른 모니터 화면 구성을 도시한 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 입력 수단 20 : 중앙 처리 수단

21 : 콘트롤러부 22 : 제어 연산부

23 : 기계부 30 : 기억 수단

40 : 기계 표시 수단 50 : 검증 표시 수단

60 : 기계 표시 70 : 검증 표시

80 : 콘트롤러 CRT 90 : 조작 패널

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 관한 가상의 CNC공작 시스템은, NC 코드를 읽어 드리는 입력 수단과, 상기 입력 수단 또는 기억 수단으로부터 NC 코드를 읽어 공구 이동 신호를 발생시키는 중앙 처리 수단과, 상기 중앙 처리 수단으로 부터의 신호에 의해 기계 및 공구의 이동과 피삭재의 가공 모습을 실시간으로 나타내 주는 기계 표시 수단과, 상기 중앙 처리 수단으로 부터의 신호에 의해 피삭재의 최종가공 모습을 나타내 주는 검증 표시 수단과, 상기 중앙 처리 수단에서 요구하는 데이터를 저장하는 기억수단과, 상기 중앙 처리 수단과, 상기 기계 표시 수단과, 상기 검증 표시 수단이 각각 독립하여 동시에 작동하도록 제어하는 수단을 포함하여 구성된다.

또한, 상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 관한 가상의 CNC 공작 방법은, 입력 수단 또는 기억 수단으로부터 NC 코드를 읽어 드리는 단계와, 상기 입력 수단 또는 기억 수단으로부터 NC 코드를 읽어 중앙 처리 수단에서 공구 이동 신호를 발생시키는 단계와, 상기 중앙 처리 수단으로 부터의 신호에 의해 기계 및 공구의 이동과 피삭재의 가공 모습을 기계 표시 수단에서 실시간으로 나타내 주는 단계와, 상기 중앙 처리 수단으로 부터의 신호에 의해 피삭재의 최종 가공 모습을 검증 표시 수단에서 나타내 주는 단계와, 상기 중앙 처리 수단과, 상기 기계 표시 수단과, 상기 검증 표시 수단이 각각 독립하여 동시에 작동하도록 제어하는 단계를 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명에 의한 가상의 CNC 공작 시스템 및 방법의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제1도는, 본 발명의 가상의 CNC 공작 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.

제1도에 도시되어 있는 바와 같이, 키보드등 입력 수단(10)으로부터 입력 또피삭재의 대표적인 가공형태 등을 프로그램하여 미리 기억 수단(30)에 저장시킨 NC 코드는, 중앙 처리 수단(20)내의 콘트롤러부(21)에서 한 줄 읽혀져 이동할 X, Y, Z 좌표값에 관한 데이타를 지정하여 기억 수단(30)에 일시 저장되고, 콘트롤러부(21)는 준비 상태로 된다.

중앙 처리 수단(20)내의 제어 연산부(22)는 콘트롤러 준비 상태 신호(이하, CR 이라 한다.)가 발생하면 중앙 처리 수단(20)내의 기계부(23)를 작동시킨다.

기계부(23)는 기억 수단(30)으로부터 데이터를 읽어 공구 이동 신호를발생시킨 뒤 준비 상태로 된다.

제어 연산부(22)는 기계 준비 상태 신호(이하, MR이라 한다)가 발생하면 콘트롤러부(23)를 작동시킨다.

제어 연산부(22)는 NC 코드를 모두 콘트롤러부(21)에서 읽을 때 까지 상기 과정을 반복하여 수행한다.

이때, 기계부(23)에서 발생된 공구 이동 신호는 기억 수단(30)에 저장되어 있는 3차원 그래픽 라이브러리를 이용하여 기계 및 공구 이동 모습을 실시간으로 나타내 주며, X, Y 평면을 일정한 격자로 나누고 각 격자점에서만 높이 Z 값을 갖는 방식인 Z맵(Z map)을 이용하여 가공될 재료의 형상에 공구의 진행 궤적이 형성하는 부피를 빼 각 격자점에서의 높이 Z값을 갱신하도록 연산함으로써 피삭재의 가공되는 모습을 실시간으로 나타내 준다.

또한, 기계부(23)의 공구 이동 신호가 연산되어 생성된 Z 맵 데이터(Z map Data)에 의해 가공이 끝난 피삭재의 모습을 검증 표시 수단(50)에서 나타내 준다.

기억 수단(30)은 입력 수단(10)으로부터 입력된 NC 코드에 따른 이동할 XYZ 좌표값에 관한 데이터, 미리 작성된 NC 코드, 기계 및 공구의 이동과 피삭재의 가공 모습을 나타내 주기 위한 3차원 그래픽 라이브러리(예를 들면, OpenGL) 등을 포함하여 제어 연산부(22)에서 요구하는 데이터를 저장한다.

제2도는 본 발명의 한 실시예에 따른 쓰레드(Thread) 동작을 도시한 도면이다.

본 발명인 가상의 CNC 공작 시스템의 일련의 과정을 수행하는데 있어서, 전체 공작 시스템의 제어 흐름을 여러 쓰레드로 분할하며, 제어 연산부(22)에서 기억 수단(30)내의 주 쓰레드, 콘트롤러쓰레드, 기계 쓰레드, 기계 표시 쓰레드, 검증 표시 쓰레드를 실행시킨다.

주 쓰레드는 콘트롤러 쓰레드, 기계 쓰레드, 기계 표시 쓰레드, 검증 표시 쓰레드의 각 단위 작동을 전체 시스템 속에서 동시에 총괄하여 수행시킨다.

이로부터 주쓰레드는 콘트롤러부(21)와 기계부(23), 기계 표시 수단(40), 검증 표시 수단(50)의 각 작동을 순서에 따라 하나씩 수행하지 않고, 콘트롤러부(21)와 기계부(23)가 작동을 계속하면서 이와는 독립적으로 기계 표시 수단(40) 및 검증 표시 수단(50)을 통해 기계 및 공구의 이동 상태와 가공된 피삭재의 형상을 화면으로 동시에 나타낸다.

따라서, 가상의 CNC 공작 시스템에서는 여러 가지 작업을 동시에 수행할 수 있고 전체 수행 시간도 단축시킨다.

제3도는, 본 발명의 한 실시예에 따른 가상의 CNC 공작 시스템의 동작을 나타내는 전체 흐름도이다.

시스템의 구동을 개시하면 MR은 TRUE로 설정되고, CR은 FALSE로 설정된다(단계 S1). 피삭재 가공을 위한 조건을 지정하고(단계 S2), 입력 수단(10)으로부터 입력된 NC 코드 또는 기억 수단(30)으로부터 미리 저장된 NC 코드를 선택한다(단계 S3).

NC 코드가 선택된 후(단계 S3) 콘트롤러부(21)와 기계부(23)가 모두 동작 가능한 상태로 되지만, 시스템 구동시 CR이 FALSE로 설정되어 있으므로 기계부(23)는 작동하지 않게 된다(단계 S9).

한편, 콘트롤러부(21)는 NC코드의 존재 여부를 확인한 후(단계 S4), 읽어야 할 NC 코드가 없는 경우에는 종료하며(단계 S16), 읽어야 할 NC 코드가 있는 경우에는 MR의 TRUE 여부를 확인한다(단계 S5).

이때 시스템 구동시는 MR이 TRUE로 설정되어 있으므로 NC코드 한 줄을 읽은 후(단계 S6), NC 코드에 따른 X, Y, Z 좌표값에 관한 데이터를 지정하여(단계 S7) 기억 수단(30)에 저장한다.

X,Y,Z 데이터를 지정하여(단계 S7) 기억 수단(30)에 저장한 후, MR을 FALSE로, CR을 TRUE로 바꾸면(단계 S8), 읽어야 할 NC 코드가 있는 경우 콘트롤러부(21)는 단계 S5에서 멈추므로 NC 파일의 다음 코드를 읽지 못하게 된다.

한편, 기계부(23)는 단계 S8에서 CR이 TRUE로 바뀜에 따라 작동이 시작되는데(단계 S9) 단계 S8에서의 CR을 TRUE에서 FALSE로 바꾸고(단계 S10), 콘트롤러부(21)에서 지정한 데이터를 기억 수단(30)으로부터 읽어(단계 S11)이 값에 따라 원하는 위치로 공구를 이동하는 신호를 발생시킨다(단계 S12).

공구 이동 신호를 발생시킨 후(단계 S12), MR을 TRUE로 바꾸면(단계 S13) 멈추어 있던 콘트롤러부(21)의 단계 S5를 진행시켜 NC 파일의 다음 코드를 읽어 데이터를 지정하고 기억 수단(30)에 저장하게 된다(단계 S7).

이때, 콘트롤러부(21)와 마찬가지로 기계부(23)에서도 단계 S10에서 발생한 CR의 FALSE에 의해 콘트롤러부(21)에서 CR이 TRUE로 바뀔 때 까지는(단계 S8) 계속 단계 S9에서 멈추어 있게 된다.

이런 과정은 NC 코드를 콘트롤러부(21)에서 다 읽을 때까지 콘트롤러부(21)와 기계부(23)를 반복하면서 수행하게 된다.

기계부(23)의 동작중 단계 S13을 지날때 데이터에 의해 발생된 공구 이동 신호(단계 S12)는 기계 표시 수단(40)을 통해 기억 수단(30)에 저장되어 있던 3차원 그래픽 라이브러리를 이용하여 기계 및 공구의 이동 모습을 실시간으로 나타내 주며, Z 맵(Z map)을 이용하여 피삭재의 가공되는 모습을 실시간으로 나타내 준다.

또한, 단계 S13을 지날 때 공구 이동 신호(단계 S12)가 연산되어 생성된 Z 맵 데이터(Z map Data)에 의해 가공이 끝난 피삭재의 최종 가공 모습을 검증 표시 수단(50)에서 나타내 준다.

검증 표시 수단(50)은 또한, NC 코드의 프로그램된 가공 경로를 검증하기도 하며, 경보정 지정시 프로그램된 경로와 경보정된 실제 경로를 동시에 보여 주기도 함으로써 서로 비교해 볼 수도 있다.

제4도는 본 발명의 한 실시예에 따른 모니터 화면을 도시한 것으로, 공구 이동과 피삭재의 절삭 모습을 볼 수 있는 기계 표시(60), 가공이 끝난후의 피삭재의 모습을 볼 수 있는 검증 표시(70), NC 파일의 코드와 콘트롤러 메뉴를 표시해 주는 콘트롤러 CRT(80), 마우스 클릭 또는 드래깅에 의해 수동으로 NC 기계의 위치를 조정할 수 있는 조작 패널(90)로 구성된다.

예시된 실시예에서도 NC 코드에 의한 공구 이동 모습과 피삭재의 절삭 모습을 연속적으로 나타낼 수 있으나, Z 맵의 표시 간격의 설정에 따라 자세하게 또는 간략화 해서 나타낼 수도 있으며, 제4도에 도시한 조작 패널(90)의 일시정지 버튼의 조작에 의해 각 NC 코드에 따른 공구 이동에 의해 피삭재의 형상을 각 가공 단계 별로도 나타낼 수 있다.

또한 기계 표시수단(40)에는 플로터(Plotter)를 연결하여 구동할 수도 있다.

그러므로, 본 발명은 예시된 실시예에 한정되지 않으며, 통상의 당업자에게 명백한 모든 변화예나 변경예를 포함할 것이고 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구의 범위 내에서 정해질 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명인 가상의 CNC 공작 시스템 및 방법은 NC 기계의 조작법을 익히기 위한 도구로서 하드 웨어로 프로그램 조작기와, 소프트 웨어로 CNC 시뮬레이터등의 장점을 채용함으로써, CNC 공작 기계의 실제 가공 공정 시뮬레이션인 모의 가공을 통해 가공 공정에 대한 이해를 높일 수 있으며, 실제 콘트롤러 패널과 동일한 화면 구성과 조작으로 콘트롤러의 조작법을 소프트웨어적으로 습득할 수있다. 또한 NC 코드에 대한 피삭재의 가공 상태를 검증함으로써 프로그래밍에 대한 이해를 높일 수 있어 교육의 연계 효과를 보다 높일 수 있다.

Claims

컴퓨터를 이용하여 실제와 같은 순서와 방법으로 수치 제어(Numerical Control)기계를 조작할 수 있도록 교육하는 가상의 컴퓨터 수치 제어(Computerized Numerical Control) 공작 시스템에 있어서, NC 코드를 읽어 드리는 입력 수단과, 상기 입력 수단 또는 기억 수단으로부터 NC 코드를 읽어 공구 이동 신호를 발생시키는 중앙 처리 수단과, 상기 중앙 처리 수단으로 부터의 신호에 의해 기계 및 공구의 이동과 피삭재의 가공 모습을 실시간으로 나타내 주는 기계 표시 수단과, 상기 중앙 처리 수단으로 부터의 신호에 의해 피삭재의 최종가공 모습을 나타내 주는 검증 표시 수단과, 상기 중앙 처리 수단에서 요구하는 데이터를 저장하는 기억수단과, 상기 중앙 처리 수단과, 상기 기계 표시 수단과, 상기 검증 표시 수단이 각각 독립하여 동시에 작동하도록 제어하는 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가상의 CNC 공작 시스템.
제1항에 있어서, 상기 중앙 처리 수단은 상기 입력 수단으로부터 읽어 드리거나 상기 기억 수단에 저장되어 있던 NC 코드에 따른 이동할 X, Y, Z 좌표값에 관한 데이터를 지정하고 준비상태로 되는 콘트롤러부와, 상기 콘트롤러부에서 지정한 이동할 X, Y, Z 좌표값에 관한 데이터를 읽어 공구 이동 신호를 발생시키고 준비 상태로 되는 기계부와, 상기 콘트롤러부와 상기 기계부간에 각각의 준비 상태 신호에 의해 상대방을 작동시키도록 하는 과정을 NC 코드를 다 읽을 때까지 반복하면서, 기계 및 공구 이동 모습과 피삭재의 최종 가공 모습을 나타내 주는 신호를 발생시키는 제어 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가상의 CNC 공작 시스템.
제1항에 있어서, 상기 기계 표시 수단은 상기 기계부에서 읽을 이동할 X, Y, Z 좌표값에 관한 데이터를 상기 기억 수단에 기억된 3차원 그래픽 라이브러리를 이용하여 기계 및 공구의 이동 모습을 실시간으로 나타내 주며, Z 맵(Z map)을 이용하여 피삭재의 가공 모습을 실시간으로 나타내 주는 것을 특징으로 하는 가상의 CNC 공작 시스템.
제1항에 있어서, 상기 검증 표시 수단은 상기 기계부에서 읽은 이동할 X, Y, Z 좌표축에 관한 데이터로부터 연산되어 생성된 Z 맵 데이터(Z map Data)에 의해 피삭재의 최종 가공 모습으로 나타내 주는 것을 특징으로 하는 가상의 CNC 공작 시스템.
컴퓨터를 이용하여 실제와 같은 순서와 방법으로 NC 기계를 조작할 수 있도록 교육하는 가상의 컴퓨터 수치 제어 공작 방법에 있어서, 입력 수단 또는 기억 수단으로부터 NC 코드를 읽어 드리는 단계와, 상기 입력 수단 또는 기억 수단으로부터 NC 코드를 읽어 중앙 처리 수단에서 공구 이동 신호를 발생시키는 단계와, 상기 중앙 처리 수단으로 부터의 신호에 의해 기계 및 공구의 이동과 피삭재의 가공 모습을 기계 표시 수단에서 실시간으로 나타내 주는 단계와, 상기 중앙 처리 수단으로 부터의 신호에 의해 피삭재의 최종 가공 모습을 감증 표시 수단에서 나타내 주는 단계와, 상기 중앙 처리 수단과, 상기 기계 표시 수단과, 상기 검증 표시 수단이 각각 독립하여 동시에 작동하도록 제어하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가상의 CNC 공작 방법.