KR100936090B1 - 준몰입형 멀티 ｃｎｃ 공작기계 시뮬레이션 시스템 - Google Patents

준몰입형 멀티 ｃｎｃ 공작기계 시뮬레이션 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 컴퓨터를 이용하여 실제와 같은 순서와 방법으로 CNC(Computerized Numerical Control) 공작기계를 조작할 수 있도록 하는 CNC 공작기계 시뮬레이션 시스템에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는, 하나의 시뮬레이션 시스템으로 다수의 CNC 공작기계를 조작할 수 있으며, 3차원의 가상현실을 사용하여 현장감 있는 CNC 공작기계의 조작을 구현하는 준몰입형 멀티 CNC 공작기계 시뮬레이션 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 준몰입형 멀티 CNC 공작기계 시뮬레이션 시스템(100)은, 컴퓨터를 이용하여 3차원의 가상현실을 디스플레이하여 실제와 유사한 작업환경상에서 동일한 순서와 방법으로 다수의 CNC(Computerized Numerical Control) 공작기계를 조작할 수 있도록 교육하는 준몰입형 멀티 CNC 공작기계 시뮬레이션 시스템(100)에 있어서, 다수의 교육대상 CNC 공작기계에 대한, CNC 공작기계 모델, 콘트롤러와 기계조작 패널형태(13) 및, NC 코드 해석 라이브러리(12)에 대한 각각의 데이터를 저장하고, 선택신호에 따른 해당 데이터를 출력하는 CNC 데이터 베이스부(10); 터치스크린(22)이 구비되고, 선택신호를 상기 CNC 데이터 베이스부(10)로 출력하여 사용자가 교육대상 CNC 공작기계를 선택할 수 있는 CNC 선택부(21)가 상기 터치스크린(22)의 일측에 형성되며, 상기 CNC 선택부(21)를 통하여 선택된 교육대상 CNC 공작기계에 대응되는 콘트롤러와 기계조작 패널형태(13)를 상기 CNC 데이 터 베이스부(10)로부터 입력받아 상기 터치스크린(22) 상에 디스플레이시키며, 상기 터치스크린(22)을 통하여 사용자로부터 NC 코드를 입력받는 멀티 입력패널(20); 상기 CNC 선택부(21)를 통하여 선택된 교육대상 CNC 공작기계에 대응되는 CNC 공작기계 모델과 NC코드 해석 라이브러리(12)를 상기 CNC 데이터 베이스부(10)로부터 입력받고, 입력받은 CNC 공작기계 모델과 NC 코드 해석 라이브러리(12)를 이용하여 상기 멀티 입력패널(20)로부터 입력받은 NC 코드에 따라 상기 교육대상 CNC 공작기계의 작동을 시뮬레이션하는 시뮬레이션부(30); 사용자의 신체에 착용 되며, 3차원의 가상현실에 반영하기 위하여 상기 사용자의 신체의 움직임을 추적하는 움직임 추적장치(40); 및 상기 움직임 추적장치(40)와 상기 시뮬레이션부(30)로부터 신호를 입력받아 상기 사용자의 움직임이 반영된 가상의 CNC 공작기계의 작동 모습을 3차원의 가상현실로 디스플레이하는 가상현실 디스플레이부(50);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
Figure R1020090079060
CNC 공작기계, 가상현실, 시뮬레이션, CNC 선택부, NC 코드

Description

준몰입형 멀티 ＣＮＣ 공작기계 시뮬레이션 시스템{The Semi-immersive Multi Computerized Numuerical Control Machine Tools Simulation System}
본 발명은 컴퓨터를 이용하여 실제와 같은 순서와 방법으로 CNC(Computerized Numerical Control) 공작기계를 조작할 수 있도록 하는 CNC 공작기계 시뮬레이션 시스템에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는, 하나의 시뮬레이션 시스템으로 다수의 CNC 공작기계를 조작할 수 있으며, 3차원의 가상현실을 사용하여 현장감 있는 CNC 공작기계의 조작을 구현하는 준몰입형 멀티 CNC 공작기계 시뮬레이션 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 수치제어(NC:Numerical Control) 공작 시스템이란, 외부로부터 입력된 NC 코드를 콘트롤러가 해석한 후에, 해석된 결과에 따른 각 좌표축의 이동 신호를 기계로 전송하여 기계로 하여금 전송된 이동 신호에 따라 이동하여 원하는 형상으로 피삭재를 가공하도록 하거나, 콘트롤러가 직접 작성한 NC 코드를 콘트롤러가 해석한 후에, 해석된 결과에 따른 각 좌표축의 이동 신호를 기계로 전송하여 기계로 하여금 전송된 이동 신호에 따라 이동하여 원하는 형상으로 피삭재를 가공하도록 하는 장치를 말한다.
이러한 NC 공작 시스템의 사용자는 NC 공작 시스템을 실제로 조작할 때 발생할 수 있는 위험과 NC 공작 시스템의 파손을 방지하기 위해 능숙하게 NC 공작 시스템을 사용할 수 있도록 조작법을 충분하게 익힐 필요가 있으며, NC 공작 시스템의 조작법을 익히기 위한 도구로는 하드웨어로 프로그램 조작기가 있으며, 소프트 웨어로는 CNC 시뮬레이터 등이 사용되고 있다.
프로그램 조작기는 NC 기계 중 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, 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 그때까지의 피삭재 가공 모습은 볼 수 없게 되는 문제점이 있었다.
이에, 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 기술로서, '대한민국 특허등록 번호 제182393호'에 '가상의 컴퓨터 수치제어 공작 시스템 및 방법'이 게시되어 있 으며, 상기 기술은 콘트롤러 패널의 조작 방법을 익힐 수 있고, 작성된 NC 코드에 따른 피삭재의 가공 결과물을 확인하고 검증할 수 있도록 하고 있다.
그러나, 상기 기술과 같은 종래 기술은, 디스플레이 속도를 위해 기계의 시뮬레이션 없이,가공의 결과만 보여주거나, 혹은 기계의 시뮬레이션을 같이 한다 해도 정밀한 최종 결과를 별도의 창으로 보여줌에 따라 기계의 움직임과 함께 실시간으로 정밀한 가공 결과를 보여줄 수 없으며, 실시간으로 보여줄 수 있는 장면도 평면 모니터에서 디스플레이되는 한정된 시점으로만 관찰할 수 있어 그 교육의 효율을 저감 시키는 문제점이 있다. 또한, 실제 CNC 공작기계 시스템의 경우, 2축 선반 또는 3축 밀링머신 등 그 종류가 다양하고, 콘트롤러 패널의 경우에도, CNC 콘트롤러 제조사별로 다양한 형태를 이루고 있는 실정으로, 이러한 여러 종류의 CNC 공작기계 시스템을 교육하기 위해서는 각각의 CNC 공작 시스템을 별도로 구비하여야 하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, CNC 공작기계의 공구 이동 모습과 피삭재의 가공 과정을 실시간으로 보여줌과 동시에, 사용자가 실제 CNC 공작기계를 작동하는 것과 같은 현장감을 느낄 수 있도록 하여 CNC 공작기계의 조작법에 대한 교육의 효율을 향상시킬 수 있도록 하고,
하나의 CNC 공작기계 시뮬레이션 시스템을 이용하여 실제 사용되는 다양한 제품군에 대한 CNC 공작기계에 대한 조작법을 익힐 수 있도록 하는 준몰입형 멀티 CNC 공작기계 시뮬레이션 시스템을 제공함에 있다.
상기 전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 형태에서는, 컴퓨터를 이용하여 3차원의 가상현실을 디스플레이하여 실제와 유사한 작업환경상에서 동일한 순서와 방법으로 다수의 CNC(Computerized Numerical Control) 공작기계를 조작할 수 있도록 교육하는 준몰입형 멀티 CNC 공작기계 시뮬레이션 시스템(100)에 있어서, 다수의 교육대상 CNC 공작기계에 대한, CNC 공작기계 모델, 콘트롤러와 기계조작 패널형태(13) 및, NC 코드 해석 라이브러리(12)에 대한 각각의 데이터를 저장하고, 선택신호에 따른 해당 데이터를 출력하는 CNC 데이터 베이스부(10); 터치스크린(22)이 구비되고, 선택신호를 상기 CNC 데이터 베이스부(10)로 출력하여 사용자가 교육대상 CNC 공작기계를 선택할 수 있는 CNC 선택부(21)가 상기 터치스크 린(22)의 일측에 형성되며, 상기 CNC 선택부(21)를 통하여 선택된 교육대상 CNC 공작기계에 대응되는 콘트롤러와 기계조작 패널형태(13)를 상기 CNC 데이터 베이스부(10)로부터 입력받아 상기 터치스크린(22) 상에 디스플레이시키며, 상기 터치스크린(22)을 통하여 사용자로부터 NC 코드를 입력받는 멀티 입력패널(20); 상기 CNC 선택부(21)를 통하여 선택된 교육대상 CNC 공작기계에 대응되는 CNC 공작기계 모델과 NC코드 해석 라이브러리(12)를 상기 CNC 데이터 베이스부(10)로부터 입력받고, 입력받은 CNC 공작기계 모델과 NC 코드 해석 라이브러리(12)를 이용하여 상기 멀티 입력패널(20)로부터 입력받은 NC 코드에 따라 상기 교육대상 CNC 공작기계의 작동을 시뮬레이션하는 시뮬레이션부(30); 사용자의 신체에 착용 되며, 3차원의 가상현실에 반영하기 위하여 상기 사용자의 신체의 움직임을 추적하는 움직임 추적장치(40); 및 상기 움직임 추적장치(40)와 상기 시뮬레이션부(30)로부터 신호를 입력받아 상기 사용자의 움직임이 반영된 가상의 CNC 공작기계의 작동 모습을 3차원의 가상현실로 디스플레이하는 가상현실 디스플레이부(50);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 준몰입형 멀티 CNC 공작기계 시뮬레이션 시스템(100)을 제공한다.
본 발명에 따른 준몰입형 멀티 CNC 공작기계 시뮬레이션 시스템(100)은, 상기 움직임 추적장치(40)는, 사용자의 손에 착용 되어 상기 사용자의 손의 움직임을 추적하여 상기 가상현실 디스플레이부(50)로 신호를 출력할 수 있으며,
또한, 상기 시뮬레이션부(30)는, 상기 CNC 선택부(21)를 통하여 선택된 교육대상 CNC 공작기계에 대응되는 NC 코드 해석 라이브러리(12)를 상기 CNC 데이터 베이스부(10)로부터 입력받고, 입력받은 NC 코드 해석 라이브러리(12)를 이용하여 상 기 멀티 입력패널(20)로부터 입력받은 NC 코드에 따른 교육대상 CNC 공작기계의 공구의 위치를 결정하는 NC 코드 해석부(31); 및 교육대상 CNC 공작기계에 대응되는 CNC 공작기계 모델을 상기 CNC 데이터 베이스부(10)로부터 입력받고, 입력받은 CNC 공작기계 모델을 이용하여 상기 NC 코드 해석부(31)로부터 입력받은 교육대상 CNC 공작기계의 공구의 위치에 따른 공구 이동 신호를 발생시키는 CNC 공작기계 모델부(32);를 포함하여 구성될 수 있고,
바람직하게는, 상기 가상현실 디스플레이부(50)는, 상기 움직임 추적장치(40)와 상기 CNC 공작기계 모델부(32)로부터 신호를 입력받아 3차원 그래픽 라이브러리를 이용하여 사용자의 움직임과 상기 CNC 공작기계의 구동 모습에 대한 그래픽 신호를 출력하는 그래픽 처리부(53); 사용자의 전방에 설치되는 스크린(51); 및 상기 그래픽 처리부(53)에서 그래픽 신호을 입력받아 실시간으로 사용자의 움직임과 CNC 공작기계의 구동 모습을 상기 스크린(51)에 투사하는 화면 투사부(52);를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 좀 더 바람직하게는, 상기 움직임 추적장치(40)와 상기 CNC 공작기계 모델부(32)로부터 신호를 입력받아 음향 신호를 출력하는 음향 처리부(61) 및, 상기 음향 처리부(61)로부터 음향 신호를 입력받아 외부로 음향을 출력하는 외부 음향 출력부로 구성되는 가상현실 음향부(60);를 더 포함하여 구성될 수 있다.
사용자의 전방으로 가상현실의 3차원 실측 CNC 공작기계를 디스플레이하고, 사용자의 움직임을 상기 3차원 가상현실 디스플레이에 반영함과 아울러 기타 음향효과들을 가미하며, 실시간으로 CNC 공작기계의 작동 모습을 보여줌으로써, 사용자가 실제 CNC 공작기계를 조작하는 것과 같은 현장감을 느낄 수 있어 CNC 공작기계 조작법에 대한 교육의 효율을 향상시킬 수 있고,
하나의 CNC 공작기계 시뮬레이션 시스템 내에, 하나의 CNC 공작기계 제품군을 이루는 CNC 공작기계 모델과, 콘트롤러와 기계조작 패널형태(13) 및, NC 코드 해석 라이브러리를 다수의 CNC 공작기계 제품에 대해 구비하고, 교육에 사용되는 CNC 공작기계 제품군을 사용자의 선택에 의해 임으로 로딩하여 교육가능함으로써, 하나의 CNC 공작기계 시뮬레이션으로 다양한 CNC 공작기계 제품을 구현할 수 있어 경제적이고 효율적으로 CNC 공작기계의 조작법을 습득할 수 있다.
이하 상기 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 부호가 사용되며, 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략된다.
도 1은 본 발명에 따른 준몰입형 멀티 CNC 공작기계 시뮬레이션 시스템(100)의 일 실시예를 나타내는 구성도이며, 도 2는 본 발명에 따른 준몰입형 멀티 CNC 공작기계 시뮬레이션 시스템(100)의 일 실시예를 실제 시스템으로 구성한 개략적인 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 준몰입형 멀티 CNC 공작기계 시뮬레이션 시스템(100)은, 크게, 사용자의 전방에 NC 코드 입력이나, 교육대상 CNC 공작기계를 작동하기 위한 명령어를 입력받는 멀티 입력패널(20)이 구비되고, 상기 멀티 입력패널(20)을 통하여 입력받은 명령어에 따라 교육대상 CNC 공작기계 공구의 물리적 움직임을 연산하는 시뮬레이션부(30)가 마련된다. 또한, 상기 시뮬레이션부(30)에서 연산된 교육대상 CNC 공작기계 공구의 이동 좌표와 3차원 그래픽 라이브러리를 이용하여 실시간으로 상기 CNC 공작기계의 작동 모습을 외부로 구현해 주는 가상현실 디스플레이부(50)가 구비되고, 사용자의 움직임을 추적하여 상기 가상현실 디스플레이부(50)에 반영하여 사용자에게 몰입감과 현장감을 향상시켜주는 움직임 추적장치(40)가 마련되며, 다수의 교육대상 CNC 공작기계에 대한 일군의 CNC 공작기계 모델, 콘트롤러와 기계조작 패널형태(13) 및 NC 코드 해석 라이브러리(12)에 대한 데이터를 저장하여 이를 출력하는 CNC 데이터 베이스부(10)가 마련된다.
상기 멀티 입력패널(20)은, 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 스탠드형의 거치대 위에 터치스크린(22)이 구비되고, 상기 터치스크린(22)의 일측에는 CNC 선택부(21)가 형성되어 사용자가 조작하기를 원하는 교육대상 CNC 공작기계를 선택할 수 있고, 상기 CNC 선택부(21)를 통한 선택신호는 상기 CNC 데이터 베이스부(10)로 출력되게 된다. 상기 선택신호를 입력받은 CNC 데이터 베이스부(10)는, 각각의 교 육대상 CNC 공작기계 마다 하나의 제품군을 형성하는 CNC 공작기계 모델, 그에 따른 콘트롤러와 기계조작 패널형태(13) 및, NC 코드 해석 라이브러리(12)에 대한 각각의 데이터를 저장하고 있다가 이를 해당 시스템 구성요소로 출력하게 된다.
즉, 멀티 입력패널(20)의 터치 스크린(22)상에는, 사용자가 상기 CNC 선택부(21)를 통하여 선택한 교육대상 CNC 공작기계에 채용되어 사용되는 것과 동일한 콘트롤러와 기계조작 패널이 상기 CNC 데이터 베이스부(10)로부터 로딩되어 디스플레이되게 된다. 이와같이, 상기 멀티 입력패널(20)을 터치 스크린(22)으로 구성함으로써, 원하는 교육대상 CNC 공작기계에 대응하는 동일한 콘트롤러 및 기계조작 패널형태(13)을 바로 로딩하여 디스플레이 할 수 있게 되어 실제 CNC 공작기계를 조작하는 것과 동일한 실습환경을 제공할 수 있게 되는 것이다.
상기 멀티 입력패널(20)에 디스플레이된 교육대상 CNC 공작기계의 콘트롤러 와 기계조작 입력패널(20)을 통하여 사용자는 NC 코드를 입력하게 되고, 입력된 NC 코드는 상기 멀티 입력패널(20)을 통하여 시뮬레이션부(30)로 출력되게 된다.
상기 시뮬레이션부(30)는, 사용자가 상기 CNC 선택부(21)를 통하여 선택한 교육대상 CNC 공작기계에 대응되는 CNC 공작기계 모델과 NC 코드 해석 라이브러리(12)를 상기 CNC 데이터 베이스부(10)로부터 입력받고, 입력받은 CNC 공작기계 모델과 NC 코드 해석 라이브러리(12)를 이용하여 상기 멀티 입력패널(20)로부터 입력받은 NC 코드에 따라 상기 교육대상 CNC 공작기계 공구의 움직임과 작동을 연산하고 시뮬레이션하게 된다.
바람직하게는, 상기 시뮬레이션부(30)에는, 도 1에 도시된 바와 같이, NC 코드 해석부(31)가 구비하고, 상기 NC 코드 해석부(31)에는 상기 CNC 선택부(21)를 통하여 사용자가 선택한 교육대상 CNC 공작기계에 대응되는 NC 코드 해석 라이브러리(12)를 상기 CNC 데이터 베이스부(10)로부터 입력받아 로딩할 수 있도록 하여, 상기 멀티 입력패널(20)을 통하여 입력된 NC 코드를 해석하고, 교육대상 CNC 공작기계 공구의 이동 XYZ좌표를 결정하게 된다.
상기 NC 코드 해석 라이브러리(12)는 다양한 NC 코드의 종류에 대응하여 입력된 NC 코드를 XYZ 좌표 데이터로 변환하기 위해 각 NC 코드의 종류별 해석 라이브러리를 포함한다. NC 코드는 일반적으로 대부부의 CNC 공작기계에서 사용되는 G코드(ISO 코드라고도 함.)가 대표적이며, 이 밖에 Siemens사의 콘트롤러에 내장된 Siemens 코드, Heidenhein 콘트롤러에 사용되는 L 코드 등이 있다. 따라서, 본 발명에 따른 준몰입형 멀티 CNC 공작기계 시뮬레이션 시스템에서는, 상기 CNC 데이터 베이스부(10)에 다양한 CNC 공작기계에서 실제로 사용되는 NC 코드 해석 라이브러리(12)를 저장구비하고, 사용자가 선택한 CNC 공작기계에서 채용되어 실사용되고 있는 NC 코드 라이브러리를 상기 NC 코드 해석부(31)로 로딩시켜 NC 코드의 작성 교육을 실제와 동일하게 할 수 있게 되는 것이다.
또한, 상기 시뮬레이션부(30)에는, CNC 공작기계 모델부(32)가 마련되며, 상기 CNC 공작기계 모델부(32)에는 상기 CNC 선택부(21)를 통하여 사용자가 선택한 교육대상 CNC 공작기계에 대응되는 CNC 공작기계 모델를 상기 CNC 데이터 베이스부(10)로부터 입력받아 로딩할 수 있도록 하여, 상기 NC 코드 해석부(31)에서 결정 된 교육대상 CNC 공작기계의 공구의 위치에 따른 공구 이동 신호를 상기 가상현실 디스플레이부(50)로 출력하게 된다. 상기 CNC 공작기계 모델부(32)는 실제 교육대상 CNC 공작기계에 대하여 구축된 수학적 모델엔진을 이용하여 NC 코드 해석부(31)에서 입력된 공구의 위치에 따른 공작기계 공구이동을 결정하여 출력시키며, 실질적으로 교육대상 CNC 공작기계의 거동을 컴퓨터로 모사 하기 위한 해석 엔진부의 역할을 하게 되고, 종래의 CNC 공작기계에 대한 거동해석 프로그램 등을 활용하여 구성할 수 있다.
상기 CNC 데이터 베이스부(10)에는 초보자가 처음 CNC 공작기계를 조작하게 되는 2축 선반, 3축 밀링 머신에서 부터, 4축, 5축 및 복합가공 머신에 이르기까지 CNC 공작기계의 제조사별, 공작기계의 특성별로 다수의 CNC 공작기계에 대한 해석 엔진을 구축하여 사용자가 훈련하고자 하는 교육대상 CNC 공작기계를 상기 CNC 공작기계 모델부(32)로 Import시켜 시뮬레이션하게 된다.
상기 움직임 추적장치(40)는, 사용자의 신체에는 움직임 추적장치(40)의 송신부(41)를 부착하고, 상기 움직임 추적장치(40)의 수신부(42)는 상기 사용자의 신체의 움직임을 추적하여 사용자의 움직임을 3차원의 가상현실에 반영하여 디스플레이시킨다. 바람직하게는, 상기 움직임 추적장치(40)의 송신부(41)는 사용자의 손에 착용 되어 사용자의 손의 움직임을 추적하여 가상현실 디스플레이부(50)로 신호를 출력함으로써, 본 발명에 따른 준몰입형 멀티 CNC 공작기계 시뮬레이션 시스템(100)을 조작하는 사용자에게 실제 CNC 공작기계를 조작하는 듯한 몰입감과 현장 감을 느낄 수 있도록 하여 교육효율을 향상시킬 수 있게 한다.
상기 가상현실 디스플레이부(50)는, 상기 움직임 추적장치(40)와 상기 시뮬레이션부(30)로부터 신호를 입력받아 상기 사용자의 움직임이 반영된 가상의 CNC 공작기계의 작동 모습을 3차원의 가상현실로 디스플레이하게 된다.
바람직하게는, 도 2에 도시된 바와 같이, 사용자의 전방으로 둘러쳐지게 스크린(51)이 형성되고, 그래픽 처리부(53)가 구비되어 상기 움직임 추적장치(40)와 상기 CNC 공작기계 모델부(32)로부터 신호를 입력받아 3차원 그래픽 라이브러리를 이용하여 사용자의 움직임이 반영된 CNC 공작기계의 공구 이동 모습에 대한 그래픽 신호를 화면 투사부(52)로 출력하게 되며, 상기 화면 투사부(52)는 상기 그래픽 처리부(53)에서 그래픽 신호를 입력받아 실시간으로 사용자의 움직임과 CNC 공작기계의 구동 모습을 상기 스크린(51)에 투사하여 시각적으로 CNC 공작기계의 구동을 가상현실로 표현하게 된다.
또한, 바람직하게는, 음향 처리부(61)를 구비하여 상기 움직임 추적장치(40)와 상기 CNC 공작기계 모델부(32)로부터 신호를 입력받아 음향 신호를 출력하고, 음향 출력부를 구비하여 상기 음향 처리부(61)로부터 음향 신호를 입력받아 CNC 공작기계의 작동에 따른 효과음을 외부로 출력하게 함으로써, 사용자에게 상기 가상현실 디스플레이부(50)를 통한 시각적인 효과와 함께 청각적인 효과를 느끼게 하여 실제 현장에서 CNC 공작기계를 다루는 듯한 현장감을 사용자가 느낄 수 있도록 한 다.
좀 더 상세하게, 본 발명에 따른 준몰입형 멀티 CNC 공작기계 시뮬레이션 시스템(100)의 작동을 설명하면, 먼저 사용자는 전방에 스탠드형으로 놓여진 멀티 입력패널(20)의 CNC 선택부(21)에서 조작하고자 하는 CNC 공작기계를 선택하고, 상기 CNC 선택부(21)로부터 선택신호를 입력받은 CNC 데이터 베이스부(10)는 교육대상 CNC 공작기계에 대한 콘트롤러와 기계조작 패널형태(13)를 상기 멀티 입력패널(20)의 터치스크린(22)으로 출력시키고, NC 코드 해석 라이브러리(12)와 CNC 공작기계 모델(11)을 각각 시뮬레이션부(30)의 NC 코드 해석부(31)와 CNC 공작기계 모델부(32)로 출력시켜 로딩 될 수 있도록 한다. 사용자는 상기 CNC 선택부(21)를 통한 교육대상 CNC 공작기계의 선택 후 터치 스크린(22)에 디스플레이 되는 교육대상 CNC 공작기계의 콘트롤러와 기계조작 패널형태(13)를 보고서 가공하고자 하는 가공물에 따른 NC 코드를 입력하게 된다.
상기 NC 코드를 입력받은 멀티 입력패널(20)은 상기 NC 코드를 시뮬레이션부(30)의 NC 코드 해석부(31)로 전달하고, 상기 NC 코드 해석부(31)는 CNC 데이터 베이스부(10)로부터 입력받은 NC 코드 해석 라이브러리(12)에 따라 NC 코드를 해석하여 그 해석결과를 CNC 공작기계 모델부(32)로 전달하며 상기 CNC 공작기계 모델부(32)에서는 전달받은 NC코드 해석결과를 바탕으로 상기 CNC 데이터 베이스부(10)로부터 입력받은 교육대상 CNC 공작기계 모델 엔진을 이용하여 CNC 공작기계의 작동을 시뮬레이션하고 그 결과를 실시간으로 가상현실부 디스플레이부의 그래픽 처 리부(53)와 음향 처리부(61)로 출력한다.
또한, 사용자는 움직임 추적장치(40)를 신체에 부착한 상태에서, 교육대상 CNC 공작기계에 대한 접촉이나 상기 멀티 입력패널(20)의 조작을 할 수 있으며, 사용자의 움직임 신호는 상기 움직임 추적장치(40)를 통하여 상기 음향 처리부(61)와 상기 그래픽 처리부(53)로 전달되게 된다.
가상현실 디스플레이부(50)의 그래픽 처리부(53)는 상기 CNC 공작기계 모델부(32)와 상기 움직임 추적장치(40)에서 입력받은 신호를 바탕으로 3차원 그래픽 라이브러리를 이용하여 3차원의 가상현실 공간을 사용자 전방에 설치되는 대형 스크린(51)에 화면 투사부(52)로 투사하여 사용자의 움직임이 반영된 시각적인 3차원 가상현실 공간을 연출하게 된다. 또한, 가상현실 음향부(60)의 음향 처리부(61)는 상기 움직임 추적장치(40)와 CNC 공작기계 모델부(32)로부터 입력받은 신호를 이용하여 출력할 음향 효과를 결정하고, 해당 음향효과에 대한 신호를 음향 발생부(62)로 출력하며, 상기 음향 발생부(62)에서 해당 음향을 외부로 출력하게 된다.
상기와 같은 구성에 의하여, 본 발명에 따른 준몰입형 멀티 CNC 공작기계 시뮬레이션 시스템(100)은 사용자로 하여금 다양한 CNC 공작기계에 대한 조작법을 익힐 수 있게 하고, 사용자가 실제로 CNC 공작기계를 조작하는 듯한 가상현실을 연출하여 몰입감과 현장감을 느끼면서 CNC 공작기계의 조작법에 대한 교육의 효율성을 향상시킬 수 있게 된다.
위에서 몇몇의 실시예가 예시적으로 설명되었음에도 불구하고, 본 발명이 이 의 취지 및 범주에서 벗어남 없이 다른 여러 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다.
따라서, 본 상술된 실시예는 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 첨부된 청구항 및 이의 동등 범위 내의 모든 실시예는 본 발명의 범주 내에 포함된다.
도 1은 본 발명에 따른 준몰입형 멀티 CNC 공작기계 시뮬레이션 시스템(100)의 일 실시예를 나타내는 구성도;
도 2는 본 발명에 따른 준몰입형 멀티 CNC 공작기계 시뮬레이션 시스템(100)의 일 실시예를 실제 시스템으로 구성한 개략적인 구성도;
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : CNC 데이터 베이스부 11 : CNC 공작기계 모델
12 : NC 코드 해석 라이브러리 13 : 콘트롤러와 기계조작 패널 형태
20 : 멀티 입력패널 21 : CNC 선택부
22 : 터치 스크린
30 : 시뮬레이션부 31 : NC 코드 해석부
32 : CNC 공작기계 모델부
40 : 움직임 추적장치 41 : 송신부
42 : 수신부
50 : 가상현실 디스플레이부 51 : 스크린
52 : 화면 투사부 53 : 그래픽 처리부
60 : 가상현실 음향부 61 : 음향 처리부
62 : 음향 발생부
100 : 준몰입형 멀티 CNC 공작기계 시뮬레이션 시스템

Claims (5)

  1. 컴퓨터를 이용하여 3차원의 가상현실을 디스플레이하여 실제와 유사한 작업환경상에서 동일한 순서와 방법으로 다수의 CNC(Computerized Numerical Control) 공작기계를 조작할 수 있도록 교육하는 준몰입형 멀티 CNC 공작기계 시뮬레이션 시스템(100)에 있어서,
    다수의 교육대상 CNC 공작기계에 대한, CNC 공작기계 모델(11), 콘트롤러와 기계조작 패널형태(13) 및, NC 코드 해석 라이브러리(12)에 대한 각각의 데이터를 저장하고, 선택신호에 따른 해당 데이터를 출력하는 CNC 데이터 베이스부(10);
    터치스크린(22)이 구비되고, 선택신호를 상기 CNC 데이터 베이스부(10)로 출력하여 사용자가 교육대상 CNC 공작기계를 선택할 수 있는 CNC 선택부(21)가 상기 터치스크린(22)의 일측에 형성되며, 상기 CNC 선택부(21)를 통하여 선택된 교육대상 CNC 공작기계에 대응되는 콘트롤러와 기계조작 패널형태(13)를 상기 CNC 데이터 베이스부(10)로부터 입력받아 상기 터치스크린(22) 상에 디스플레이시키며, 상기 터치스크린(22)을 통하여 사용자로부터 NC 코드를 입력받는 멀티 입력패널(20);
    상기 CNC 선택부(21)를 통하여 선택된 교육대상 CNC 공작기계에 대응되는 CNC 공작기계 모델(11)과 NC코드 해석 라이브러리(12)를 상기 CNC 데이터 베이스부(10)로부터 입력받고, 입력받은 CNC 공작기계 모델(11)과 NC 코드 해석 라이브러리(12)를 이용하여 상기 멀티 입력패널(20)로부터 입력받은 NC 코드에 따라 상기 교육대상 CNC 공작기계의 작동을 시뮬레이션하는 시뮬레이션부(30);
    사용자의 신체에 착용 되며, 3차원의 가상현실에 반영하기 위하여 상기 사용자의 신체의 움직임을 추적하는 움직임 추적장치(40); 및
    상기 움직임 추적장치(40)와 상기 시뮬레이션부(30)로부터 신호를 입력받아 상기 사용자의 움직임이 반영된 가상의 CNC 공작기계의 작동 모습을 3차원의 가상현실로 디스플레이하는 가상현실 디스플레이부(50);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 준몰입형 멀티 CNC 공작기계 시뮬레이션 시스템(100).
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 움직임 추적장치(40)는,
    사용자의 손에 착용 되어 상기 사용자의 손의 움직임을 추적하여 상기 가상현실 디스플레이부(50)로 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 준몰입형 멀티 CNC 공작기계 시뮬레이션 시스템(100).
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 시뮬레이션부(30)는,
    상기 CNC 선택부(21)를 통하여 선택된 교육대상 CNC 공작기계에 대응되는 NC 코드 해석 라이브러리(12)를 상기 CNC 데이터 베이스부(10)로부터 입력받고, 입력 받은 NC 코드 해석 라이브러리(12)를 이용하여 상기 멀티 입력패널(20)로부터 입력받은 NC 코드에 따른 교육대상 CNC 공작기계의 공구의 위치를 결정하는 NC 코드 해석부(31); 및
    교육대상 CNC 공작기계에 대응되는 CNC 공작기계 모델(11)을 상기 CNC 데이터 베이스부(10)로부터 입력받고, 입력받은 CNC 공작기계 모델(11)을 이용하여 상기 NC 코드 해석부(31)로부터 입력받은 교육대상 CNC 공작기계의 공구의 위치에 따른 공구 이동 신호를 발생시키는 CNC 공작기계 모델부(32);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 준몰입형 멀티 CNC 공작기계 시뮬레이션 시스템(100).
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 가상현실 디스플레이부(50)는,
    상기 움직임 추적장치(40)와 상기 CNC 공작기계 모델부(32)로부터 신호를 입력받아 3차원 그래픽 라이브러리를 이용하여 사용자의 움직임과 CNC 공작기계의 구동 모습에 대한 그래픽 신호를 출력하는 그래픽 처리부(53);
    사용자의 전방에 설치되는 스크린(51); 및
    상기 그래픽 처리부(53)에서 그래픽 신호을 입력받아 실시간으로 사용자의 움직임과 CNC 공작기계의 구동 모습을 상기 스크린(51)에 투사하는 화면 투사부(52);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 몰입형 멀티 CNC 공작기계 시뮬레이션 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 움직임 추적장치(40)와 상기 CNC 공작기계 모델부(32)로부터 신호를 입력받아 음향 신호를 출력하는 음향 처리부(61) 및, 상기 음향 처리부(61)로부터 음향 신호를 입력받아 외부로 음향을 출력하는 음향 발생부(62)로 구성되는 가상현실 음향부(60);를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 준몰입형 멀티 CNC 공작기계 시뮬레이션 시스템(100).
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