KR100693355B1 - 공작기계용 무선수동펄스 제어장치 및 방법 - Google Patents

공작기계용 무선수동펄스 제어장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일면은 공작기계의 각 축에 대한 설정 데이터를 수동으로 입력하여 수치제어부에 전송하는 장치에 있어서: 상기 설정 데이터를 축선택스위치(31), 이송배율선택스위치(32), 수동펄스발생기(35)로 입력하여 고주파무선모듈(45)을 통해 무선으로 전송하는 송신유니트(30); 및 상기 무선으로 전송된 데이터를 고주파무선모듈(55)을 통하여 수신하여 릴레이구동모듈(62)과 버퍼(64)를 통하여 공작기계의 수치제어부에 전송하는 수신유니트(50);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 상기 송신유니트(30)는 각 장치에 대한 고유의 코드 정보를 포함하는 데이터를 생성하는 MPU(41)를 구비하고, 상기 수신유니트(50)는 수신 데이터를 선별하여 각 기능에 해당되는 장치에 데이터를 송출하는 MPU(51)를 구비한다.
이에 따라, 공작기계와 수동펄스발생장치 간의 제어를 유선통신 방식에서 무선통신 방식으로 개선함으로서 유선으로 인한 작업자의 휴대 및 조작 불편을 최소화하고 제어거리를 충분하게 연장할 수 있다.
공작기계, 무선, 펄스, 송수신

Description

공작기계용 무선수동펄스 제어장치 및 방법 {Control apparatus and method for NC machine with radio manual pulse}
도 1은 종래의 유선수동펄스 발생장치의 개략적인 외형도,
도 2는 종래의 장치를 이용한 회로연결을 나타내는 블록도,
도 3은 본 발명에 따른 장치를 개략적인 나타내는 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 장치의 송신유니트를 나타내는 블록도,
도 5는 본 발명에 따른 장치의 수신유니트를 나타내는 블록도,
도 6은 본 발명에 따른 송신작동을 나타내는 플로우차트,
도 7은 본 발명에 따른 수신작동을 나타내는 플로우차트이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
30: 송신유니트 31: 축선택스위치
32: 이송배율선택스위치 35: 수동펄스발생기
41, 51: MPU 45, 55: 고주파무선모듈
46, 56: 안테나 48: 전원스위치
50: 수신유니트 62: 릴레이구동모듈
64: 버퍼 66: 케이블
67: 콘넥터
본 발명은 공작기계의 제어에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 NC 공작기계의 각축에 대한 수동펄스 발생장치의 이송지령에 있어서 휴대와 조작이 불편한 유선제어방식을 무선제어방식으로 변경하기 위한 공작기계용 무선수동펄스 제어장치 및 방법에 관련된다.
통상적으로 수치제어 공작기계(NC machine tool)는 각축을 정확한 위치로 미세하게 이동시키기 위한 지령을 입력하도록 조작반에 더하여 수동펄스발생기(Manual pulse generator; MPG)를 구비한다. 일예로 수동펄스발생기를 이용하면 공작물의 가공을 위한 준비단계에서 공작물의 특정 위치에 공구(cutting tool)의 초기 위치를 수동으로 설정할 수 있다.
도 1은 종래의 유선수동펄스 발생장치의 개략적인 외형도, 도 2는 종래의 장치를 이용한 회로연결을 나타내는 블록도이다.
종래의 유선수동펄스 발생장치(10)는 휴대하여 이동이 용이한 상자 구조상에 축선택스위치(11), 이송배율선택스위치(12), 수동펄스발생기(15)를 구비한다. 축선택스위치(11)로 이송하고자 하는 축을 선택하고 이송배율스위치(12)로 한 펄스당 이송거리를 선택하면 수동펄스발생기(15)의 회전방향 및 회전속도에 따라서 선택된 축이 구동되도록 할 수 있다. 물론 이와 같은 조작 신호들은 모두 케이블(16)과 콘넥터(17)를 통하여 NC공작기계의 처리장치로 입력되어 수행된다.
도 2를 참조하여 좀더 구체적으로 설명하면, 유선수동펄스 발생장치(10)의 수동펄스발생기(35)를 수동으로 정 또는 역회전함에 따라 90도의 위상차를 갖는 A상 및 B상의 구형파(펄스)가 발생되고, 이에 따라 축선택스위치(11)에서 미리 설정된 해당 축(X축, Y축, Z축, 제4축, 제5축)이 이송배율선택스위치(12)에서 설정된 이송배율(x1, x10, x100)로 이송된다.
그러나 이와 같은 수동펄스발생기를 사용한 NC공작기계에 있어서 다음과 같은 몇 가지의 문제점이 있다.
첫째, 수동펄스 발생장치와 NC공작기계간 제어용 케이블의 제한된 길이에 따라 근거리 조작에 국한되며, 케이블을 연장하는 경우 신호 레벨의 감쇠 및 외부의 노이즈 유입에 의한 오동작이나 작동 불능이 유발될 수 있다.
둘째, 수동펄스 발생장치와 NC공작기계간의 제어용 케이블은 수동펄스 발생장치의 휴대 및 조작에 있어서 유연성을 저하시킨다. 즉 제어용 케이블이 공작물 및 작업자 주변의 모든 장치ㆍ구조물과 상호 간섭됨으로 인해 조작의 불편과 오조작의 우려가 있다.
셋째, 장기간에 걸쳐 주변 장애물과의 상호 간섭에 의한 마찰, 인장, 충격으로 인하여 제어용 케이블의 단선과 합선 그리고 연결 콘넥터 부분의 파손 및 단선의 우려가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 공작기계와 수동펄스발생장치 간의 제어를 유선통신 방식에서 무선통신 방식으로 개선함으 로서 유선으로 인한 작업자의 휴대 및 조작 불편을 최소화하고 제어거리를 충분하게 연장할 수 있는 공작기계용 무선수동펄스 제어장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 일면으로서 공작기계의 각 축에 대한 설정 데이터를 수동으로 입력하여 수치제어부에 전송하는 장치에 있어서: 상기 설정 데이터를 축선택스위치, 이송배율선택스위치, 수동펄스발생기로 입력하여 고주파무선모듈을 통해 무선으로 전송하는 송신유니트; 및 상기 무선으로 전송된 데이터를 고주파무선모듈을 통하여 수신하여 릴레이구동모듈과 버퍼를 통하여 공작기계의 수치제어부에 전송하는 수신유니트;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 송신유니트는 각 장치에 대한 고유의 코드 정보를 포함하는 데이터를 생성하는 MPU를 구비하고, 상기 수신유니트는 수신 데이터를 선별하여 각 기능에 해당되는 장치에 데이터를 송출하는 MPU를 구비한다.
본 발명의 다른 일면으로서, 공작기계의 각 축에 대한 설정 데이터를 수동으로 입력하여 수치제어부에 전송하는 방법에 있어서: 프로그램이 시작되면 데이터 전송을 설정하고, 송신유니트의 스위치 입력이 있는지 판단하는 단계; 상기 송신유니트 및 기타 장치의 입력에 고유의 코드를 부여하여 메모리에 저장하는 단계; 프로그램 진행도중 데이터 전송주기 시간이 경과하면(S140) 메모리에 저장된 데이터를 송출하고, 데이터 전송주기의 현재시간을 초기화하고, 누적 데이터를 리셋하 는 단계; 수신 데이터신호의 입력이 있는 것으로 판단하면 데이터를 각 기능별로 분리하여 임시저장장소에 각각 저장하는 단계; 및 각각의 해당 릴레이를 구동하여 공작기계에 출력하고, 위상차가 다른 A상과 B상의 구형파를 전송하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 장치를 개략적인 나타내는 사시도, 도 4는 본 발명에 따른 장치의 송신유니트를 나타내는 블록도, 도 5는 본 발명에 따른 장치의 수신유니트를 나타내는 블록도이다.
본 발명은 공작기계의 각 축에 대한 설정 데이터를 수동으로 입력하여 수치제어부에 전송하는 장치에 관련된다. 통상 조작반에서 입력된 NC 프로그램이 공작기계의 수치제어부에 저장되고 실행되는 과정을 거치는 바, 이러한 입력의 처리 과정에 본 발명에 따른 무선통신 기반의 송신유니트(30)와 수신유니트(50)가 개재된다. 저장된 입력정보 중에 공작물 및 공구에 관련된 지령 데이터는 수치제어부의 연산부에서 처리되고 소정의 구동회로를 거쳐 해당 축의 서보모터를 구동한다. 시스템에 허용되는 최소 이동단위(예컨대 1㎛)에서 본 발명의 송신유니트(30) 및 수신유니트(50)를 거친 펄스 신호의 수가 더해져 이동량이 결정된다. 이와 같이 부가적인 펄스를 인가하는 방식에 따라 대상물의 가공 패턴이 조절된다.
이때, 상기 송신유니트(30)는 각 장치에 대한 고유의 코드 정보를 포함하는 데이터를 생성하는 MPU(41)를 구비하고, 상기 수신유니트(50)는 수신 데이터를 선 별하여 각 기능에 해당되는 장치에 데이터를 송출하는 MPU(51)를 구비한다. 도시에는 생략되나 송신유니트(30)는 FM 모듈레이터(Modulator), RF 파워앰프(Power Amplifier), 안테나(46) 등을 포함하고, 수신유니트(50)는 안테나(56), RF 증폭기(Amplifier), 노이즈 필터(Noise Filter), FM 모듈레이터 등을 포함한다.
본 발명에 따른 송신유니트(30)는 상기 설정 데이터를 축선택스위치(31), 이송배율선택스위치(32), 수동펄스발생기(35)로 입력하여 고주파무선모듈(45)을 통해 무선으로 전송한다. 송신유니트(30)는 회로적으로 조작반(OP Panel)에 포함되며 수동펄스발생기(35)를 기본적으로 구비한다. 축선택스위치(31)는 적어도 5축의 서보모터 중 하나를 선택할 수 있고, 이송배율선택스위치(32)는 1눈금 당 이송량의 배율을 선택할 수 있다.
고주파무선모듈(45)은 대략 100~300Mhz 이상의 고주파 무선통신 신호를 발생하는 회로를 기반으로 한다. MPU(41)는 프로그램메모리(42)의 작동에 따라 데이터메모리(43)를 참조하여 축선택스위치(31), 이송배율선택스위치(32), 수동펄스발생기(35)의 입력을 변환하고 고주파무선모듈(45)에 송출하는 신호를 생성한다. 이때 송출 신호에는 제어 대상의 장치에 대한 고유의 코드 정보를 포함한다. 이러한 고주파무선모듈(45)의 신호는 안테나(46)를 통하여 비교적 원거리까지 전송된다. 물론 수동펄스발생기(35)에 의해 입력되는 펄스 신호는 공구의 현재위치에서 증가 또는 감소되도록 제어될 수 있다.
본 발명에 따른 수신유니트(50)는 상기 무선으로 전송된 데이터를 고주파무선모듈(55)을 통하여 수신하여 릴레이구동모듈(62)과 버퍼(64)를 통하여 공작기계 의 수치제어부에 전송한다. MPU(51)는 프로그램메모리(52)의 작동에 따라 데이터메모리(53)를 참조하여 수신 데이터를 선별하고 각 기능에 해당되는 장치에 데이터를 생성하며 릴레이구동모듈(62)과 버퍼(64)를 통하여 공작기계의 수치제어부에 유선으로 송출한다. MPU(51)는 공작기계가 갖고 있는 고유의 원점에서 계산하여 가공 대상물의 원점을 수치적으로 기억하며, 또한 공작기계의 수치제어부로부터 해당 장치의 위치 데이터를 입력받는 기능도 수행한다. 이때의 신호는 마그네틱 스케일이나 광학 스케일을 통한 테이블 등의 직선운동 검출 데이터와, 회전 엔코더(Rotary Encoder) 등을 통한 공구의 회전량 검출 데이터가 포함된다.
물론 본 발명에 따른 송신유니트(30)는 수동펄스발생기(35) 외에 여러 가지의 장치 또는 기능이 추가될 수 있으며, 이러한 예로서 비상정지스위치, 각종 모터스위치, 공작기계의 부수적인 기능의 스위치 등이 있다. 송신유니트(30)의 MPU(41)와 수신유니트(50)의 MPU(51)는 고유의 코드정보를 바탕으로 이러한 신호를 선별하여 처리할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 송신작동을 나타내는 플로우차트, 도 7은 본 발명에 따른 수신작동을 나타내는 플로우차트이다.
도 6에서, 우선 송신유니트(30)의 MPU(41)는 프로그램메모리(42)에 의해 프로그램이 시작되면 데이터 전송을 설정하고(S110), 송신유니트(30)의 스위치 입력이 있는지 판단하여(S120), 스위치 입력이 있다면 단계 S130으로 진행하며, 스위치 입력이 없다면 단계 S140으로 진행한다.
단계 S130에서, 수동펄스발생기(35)를 정 또는 역으로 회전하여 발생되는 펄 스가 정회전일때는 누적가산하고 역회전일때는 누적감산하여 임의로 설정된 단위시간당 펄스수를 데이터메모리(43)의 임의의 변수에 저장하고, 축선택스위치(31)와 이송배율선택스위치(32)의 현재 선택위치 상태를 상기와 같이 데이터메모리(43)의 각각 임의의 변수에 임시 저장하고, 본 발명의 장치 상호간 또는 다른 장치들과의 동일주파수 사용시 데이터의 혼선으로 인한 방해 및 오동작방지를 위한 각 장치 고유의 코드를 임의의 다른 변수로 임시 저장한다.
이때, MPU(41)는 주기적으로 입력모듈에서 현재의 입력상태와 이전의 입력상태를 비교하여 입력의 변화가 있으면 상기 S130의 각각의 동작을 수행하고 아니면 단계 S140으로 통과한다.
이어서 프로그램 진행도중 데이터 전송주기 시간이 경과하면(S140) 상기 단계 S140의 동작에서 기 저장된 변수의 데이터들을 고주파무선모듈(45)에서 고유의 주파수로 변조하여 안테나(46)를 통하여 공간으로 송출한다.(S150) 이어서 데이터 전송주기의 현재시간을 초기화하고(S160), 또한 수동펄스발생기(35)에 의한 누적펄스수를 영(ZERO)으로 초기화한다.(S170)
도 7에서, 우선 수신유니트(50)의 MPU(51)는 주기적으로 안테나(56)와 고주파무선모듈(55)을 통하여 데이터신호의 입력이 있는가를 점검하고(S210) 입력이 있으면 데이터를 각 기능별로 분리하여 임시저장장소에 각각 저장한다. 그리고 수신 주파수 중 고주파무선모듈(55)의 고유주파수에 해당되는 신호주파수를 분리 복조해서 원래의 데이터로 복원후 MPU(51) 내에서 축선택스위치(31), 이송배율선택스위치(32), 수동펄스발생기(35)의 각각에 해당되는 데이터로 분리한다.(S220) 이어서 각 스위치의 접점에 해당되는 릴레이구동모듈(62)을 구동시키고 릴레이 접점을 경유하고 제어 케이블(66)을 통하여 공작기계 측으로 입력된다.(S230)
즉, 기능별로 저장된 데이터 중 축선택스위치(31)와 이송배율선택스위치(32)의 데이터는 각각의 점점에 해당되는 릴레이 코일을 동작시키고 릴레이 접점을 통하여 공통라인(COM)과 각 기능의 릴레이접점을 경유하여 NC공작기계의 입력측으로 입력된다. 릴레이구동모듈(62)과 버퍼(64)는 송신유니트(30)에서의 축선택스위치(31), 이송배율선택스위치(32), 수동펄스발생기(35)의 원래의 신호로 복원하여 공작기계 측으로 신호를 송출하는 기능을 한다.
단계 S240에서 수동펄스발생기(35)의 데이터(펄스수)가 정일 때는 A 상이 B 상보다 위상차가 90도 앞서는 구형파를, 부일 때는 B 상이 A 상보다 위상차가 90 도 앞서는 구형파를 각각 A, B 상에 가하여 데이터(펄스수)만큼 공작기계 측으로 전송하고 원래의 수동펄스발생기(35)의 정지상태의 신호를 유지한다.
물론 공작기계 측에 설치되어 있는 수치제어부는 수신되는 데이터가 고유의 코드와 일치하지 않으면 해당 데이터를 모두 무시한다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, NC 공작기계의 각축의 이송에 있어서 종래의 장 치가 수동펄스발생기를 포함한 보조장치들을 유선케이블로 연결함에 따른 여러 가지의 문제점을 해결하여 시스템의 안정성 및 내구성과 작업자의 작업능률 향상에도 크게 기여할 수 있다.

Claims (3)

  1. 공작기계의 각 축에 대한 설정 데이터를 수동으로 입력하여 수치제어부에 전송하는 장치에 있어서:
    상기 설정 데이터를 입력하기 위한 축선택스위치(31), 이송배율선택스위치(32), 수동펄스발생기(35)를 구비하고, 고주파무선모듈(45)을 통해 무선으로 전송하는 송신유니트(30); 및 상기 고주파무선모듈(45)을 통해 수신된 데이터를 공작기계의 수치제어부에 전송하는 릴레이구동모듈(62)과 버퍼(64)를 구비한 수신유니트(50);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 공작기계용 무선수동펄스장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신유니트(30)는 각 장치에 대한 고유의 코드 정보를 포함하는 데이터를 생성하는 MPU(41)를 구비하고, 상기 수신유니트(50)는 수신 데이터를 선별하여 각 기능에 해당되는 장치에 데이터를 송출하는 MPU(51)를 구비하는 것을 특징으로 하는 공작기계용 무선수동펄스 제어장치.
  3. 공작기계의 각 축에 대한 설정 데이터를 수동으로 입력하여 수치제어부에 전송하는 방법에 있어서: 프로그램이 시작되면 데이터 전송을 설정하고(S110), 송신유니트의 스위치 입력이 있는지 판단하는 단계(S120); 상기 송신유니트 및 기타 장 치의 입력에 고유의 코드를 부여하여 메모리에 저장하는 단계(S130); 프로그램 진행도중 데이터 전송주기 시간이 경과하면(S140) 메모리에 저장된 데이터를 송출하고(S150), 데이터 전송주기의 현재시간을 초기화하고(S160), 누적 데이터를 리셋하는 단계(S170); 수신 데이터신호의 입력이 있는 것으로 판단하면(S210) 데이터를 각 기능별로 분리하여 임시저장장소에 각각 저장하는 단계(S220); 및 각각의 해당 릴레이를 구동하여 공작기계에 출력하고(S230), 위상차가 다른 A상과 B상의 구형파를 전송하는 단계(S240);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 공작기계용 무선수동펄스 제어방법.
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