KR101183339B1

KR101183339B1 - 공작기계용 무선핸들러

Info

Publication number: KR101183339B1
Application number: KR1020120054826A
Authority: KR
Inventors: 이윤규; 제지훈
Original assignee: 김종욱
Priority date: 2012-05-23
Filing date: 2012-05-23
Publication date: 2012-09-14

Abstract

본 발명의 목적은 기존의 공작기계용 무선핸들러의 단점인 휴대성, 조작성, 작업영역 제한을 해소함과 동시에 무선통 지연 및 외 신 간섭에 의한 오동작을 방지하여 조작의 실시간성과 안전성을 확보할 수 있는 공작기계용 무선핸들러를 제공하는 것이다. 이에 따라, 본 발명은 케이스의 외면에 설치되는 조작부; 상기 조작부의 조작신호를 받아 처리하는 신호처리부; 및 상기 신호처리부에서 처리된 정보를 상기 공작기계의 수신기에 전송하는 무선송신부를 포함하는 것으로, 상기 조작부는, 누름으로써 무선핸들러의 동작이 가능하도록 전원을 온(ON)시키는 이네이블스위치와, 공작기계의 작동을 위한 이송량 및 이송방향을 결정하는 펄스신호를 발생시키는 휠타입의 수동펄스발생기를 포함하고; 상기 신호처리부는 상기 조작부에서 발생한 신호를 디지털데이터로 변환하며, 변환된 상기 디지털데이터는 주기적으로 지그비통신방식의 무선송신부에 의해 상기 공작기계의 수신기에 송신되고, 상기 수동펄스발생기는 회전 시 제1 및 제2펄스파형을 함께 발생시키되, 시계방향의 회전시에는 제1펄스파형이 제2펄스파형보다 90도 앞서도록 위상차가 발생하고, 반시계방향의 회전시에는 제2펄스파형이 제1펄스파형보다 90도 앞서도록 위상차가 발생하는 것이고, 상기 신호처리부는 상기 제1 및 제2펄스파형의 위상차를 판별하여 상기 이송방향에 관한 데이터를 생성하고, 상기 제1 및 제2펄스파형을 논리적 승산(AND)하여 산출된 펄스수에 따라 상기 이송량에 관한 데이터를 생성하는 것을 특징으로 한다.

Description

공작기계용 무선핸들러{Wireless handler for machinetool}

본 발명은 공작기계용 무선핸들러에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공작기계를 무선으로 조작함에 있어서 오류발생을 방지하여 조작의 안정성을 높이고 지연없는 실시간 조작이 가능하도록 구성한 무선핸들러에 관한 것이다.

일반적으로 공작기계는 기계를 만드는 기계로서 자동차, 전자, 반도체, 항공/우주산업 등 거의 모든 산업에 널리 사용되는 대표적인 기계이며, 선반, 머시닝센터, 밀링머신, 드릴링머신, 방전가공기, 연삭기 등으로 구분할 수 있다. 이러한 공작기계는 종전의 범용 공작기계에 수치제어(Numerical Control)라고 하는 획기적인 기술이 적용되어 입체가공, 복합가공 등 어려운 형상의 가공물을 보다 쉽게 가공하는 것이 가능케 되었다.

그러한 공작기계를 이용하여 가공 대상물을 높은 정밀도로 가공하기 위해서는 가공기준점의 세팅 등이 먼저 이루어져야 한다. 가공기준점의 세팅, 즉 어떤 기준점에서 X축, Y축 및 Z축으로 가공축을 이동시킬지를 결정하는 작업은 통상 포터블 엠피지(M.P.G) 핸들러를 이용하여 작업자가 미세조정하면서 이루어진다.

기존의 포터블 엠피지(M.P.G) 핸들러는 공작기계의 씨엔씨(CNC) 조작반에 유선으로 연결되어 있어 작업자가 포터블 엠피지(M.P.G) 핸들러를 들고 씨엔씨(CNC) 조작반과 가공대상물을 육안으로 확인하면서 가공기준점 세팅작업을 실시한다. 그러나 기존 포터블 엠피지(M.P.G) 핸들러는 공작기계와 유선으로 연결되어 있으므로 가공 대상물과 CNC 조작반의 거리가 멀 경우 작업자가 포터블 엠피지(M.P.G) 핸들러를 들고 가공 대상물에 접근할 수 있는 거리에 한계가 있다. 유선 포터블 엠피지(M.P.G) 핸들러의 특성상 케이블 길이를 무한정 길게 할 수 없고, 적용가능한 공작기계의 선택이 케이블 길이의 제약을 받게 된다. 그렇다고 너무 긴 케이블을 사용한 포터블 엠피지(M.P.G) 핸들러를 선정하게 될 경우 긴 케이블로 인해 작업에 방해가 되는 요인이 될 수도 있다. 또한 공작기계가 대형화됨에 따라 가공물과 CNC 조작반의 거리가 더욱 멀어져서 가공 대상물을 직접 확인하면서 CNC조작반도 같이 확인하는 작업이 거의 불가능한 경우도 있다.

그러한 유선 포터블 엠피지(M.P.G) 핸들러의 단점을 해결하기 위하여 포터블 엠피지(M.P.G) 핸들러를 무선화하는 연구개발들이 다양하게 시도되어, 한국등록특허공보 제10-0693355호, 한국등록특허공보 제10-0613548호에는 무선으로 공작기계를 조작하는 핸들러의 구성이 개시되어 있다.

그러나, 그와 같은 문헌들에 기재된 핸들러는 무선으로 데이터를 주고받는 통신 과정에서 불가피하게 발생할 수 있는 신호지연 및 신호 간섭에 의한 오동작의 문제를 명확히 해소하고 있지 못하다.

특히 무선 포터블 엠피지(M.P.G) 핸들러가 장착된 공작기계가 오동작을 일으키면 가공물과 공작기계가 손상되어 경제적 손실이 발생할 뿐만 아니라, 대형 공작기계의 경우, 작업자가 포터블 엠피지(M.P.G) 핸들러를 들고 공작기계 내부로 들어가서 가공기준점 세팅작업을 하게 되는 바, 그 작업도중 발생한 오동작으로 인해 인명 피해가 발생하는 심각 상황까지 초래할 수 있다

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 휴대성 및 조작편의성을 증대시키면서도 오동작을 방지하여 조작의 안정성을 높이고 신속한 신호처리 및 전달이 가능하도록 구성한 공작기계용 무선핸들러를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 케이스의 외면에 설치되는 조작부; 상기 조작부의 조작신호를 받아 처리하는 신호처리부; 및 상기 신호처리부에서 처리된 정보를 상기 공작기계의 수신기에 전송하는 무선송신부를 포함함으로써 공작기계의 작동을 조작하기 위한 무선핸들러에 있어서, 상기 조작부는, 누름으로써 무선핸들러의 동작이 가능하도록 전원을 온(ON)시키는 이네이블(enable)스위치와, 비상시 공작기계를 비상정지시키기 위한 정지신호를 발생시키는 비상정지스위치와, 공작기계에서 동작이 이루어지는 이송축을 결정하는 축선택스위치와, 공작기계의 작동을 위한 이송량 및 이송방향을 결정하는 펄스신호를 발생시키는 휠(wheel)타입의 수동펄스발생기를 포함하고; 상기 신호처리부는 상기 조작부에서 발생한 신호를 디지털데이터로 변환하며, 변환된 상기 디지털데이터는 주기적으로 지그비(ZigBee)통신방식의 무선송신부에 의해 상기 공작기계의 수신기에 송신되고, 상기 수동펄스발생기는 회전 시 제1 및 제2펄스파형을 함께 발생시키되, 시계방향의 회전시에는 제1펄스파형이 제2펄스파형보다 90도 앞서도록 위상차가 발생하고, 반시계방향의 회전시에는 제2펄스파형이 제1펄스파형보다 90도 앞서도록 위상차가 발생하는 것이고, 상기 신호처리부는 상기 제1 및 제2펄스파형의 위상차를 판별하여 상기 이송방향에 관한 데이터를 생성하고, 상기 제1 및 제2펄스파형을 논리적 승산(AND)하여 산출된 펄스수에 따라 상기 이송량에 관한 데이터를 생성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 구성에서 케이스는 상하의 길이가 폭보다 길게 형성되고, 상기 이네이블스위치는, 상기 케이스를 오른손으로 파지하는 경우에 오른손의 엄지손가락이 누를 수 있도록 상기 케이스의 좌측면에 설치된 좌측이네이블스위치와, 상기 케이스를 왼손으로 파지하는 경우에 왼손의 엄지손가락이 누를 수 있도록 상기 케이스의 우측면에 설치된 우측이네이블스위치를 포함하며, 상기 좌측이네이블스위치와 상기 우측이네이블스위치는 서로 독립적으로 상기 전원을 온(ON)시키는 것이고, 상기 수동펄스발생기는 회전축을 중심으로 핸들를 돌리는 다이얼방식으로 구성되되 하측으로 갈수록 낮아지도록 하측방향을 향해 경사진 상태로 상기 케이스의 전면에 설치되며, 상기 비상정지스위치는 상기 이네이블스위치와는 독립적으로 상기 전원을 온(ON)시켜 정지신호를 발생시키고, 상기 조작부에는 상기 전원의 공급상태와 무선통신상태를 표시하는 상태표시엘이디(LED)와, 상기 이송량과 상기 공작기계의 이송거리의 비율을 결정하는 배율선택스위치와, 상기 축선택스위치에 의해 결정된 이송축을 따라 설정된 위치까지 설정된 속도로 이송시키기 위한 급속이송스위치를 더 포함하는 것을 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 전원의 공급을 위한 배터리와, 전체적인 동작을 제어하기 위한 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 배터리의 상태를 체크하여 상기 상태표시엘이디(LED)에 표시하고, 상기 배터리의 상태가 정상이면, 상기 무선송신부에 의한 통신상태를 상기 상태표시엘이디(LED)에 표시하며, 상기 통신상태가 정상이면, 상기 조작부에서 입력된 신호를 상기 신호처리부에서 디지털데이터로 변환하고, 상기 변환된 디지털테이터를 프로토콜로 생성한 후 무선송신기에 의해 송신하는 일련의 과정으로 진행하되, 상기 일련의 과정은 지속적으로 반복되도록 제어하는 것을 또 다른 특징으로 한다.

본 발명에 따른 공작기계용 무선핸들러는 휴대성, 조작의 편의성 향상 및 작업영역의 제약을 해소시킬 뿐만 아니라, 무선기기에서 가장 중요한 신뢰성을 보장할 수 있다.

특히, 제1 및 제2펄스파형을 논리적 승산(AND)하여 산출된 펄스수에 따라 이송량에 관한 데이터를 생성함으로써 외부신호간섭이나 자체적인 오동작으로 인해 발생하는 펄스파형의 오류를 보정하고 있다.

또한, 무선핸들러의 측면에 설치되어 동작이 가능하도록 전원을 온(ON)시키는 이네이블(enable)스위치에 의해 조작의 안정성 및 편의성을 담보함과 함께, 페어링(pairing)없는 지그비(ZigBee)통신방식을 사용하여 이네이블스위치를 누름과 동시에 휠타입의 수동펄스발생기를 조작하더라도 실시간으로 신호전달이 가능하게 함으로써 공작기계 조작의 실시간성을 확보할 수 있다.

그러한 효과들은 작업자의 조작실수, 무선통신지연 및 외부신호간섭에 의한 오동작을 방지하여 경제적 손실을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 오동작에 따른 인명 피해를 방지한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공작기계용 무선핸들러의 정면구성도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공작기계용 무선핸들러의 측면구성도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공작기계용 무선핸들러의 사용설명도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 공작기계용 무선핸들러와, 공작기계에 설치되는 수신기의 신호처리과정을 나타내는 블록구성도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 공작기계용 무선핸들러에서 수동펄스발생기의 회전방향에 따른 펄스발생상태를 도시하는 설명도
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 공작기계용 무선핸들러에서 수동펄스발생기에 의해 발생되는 펄스신호의 오류유형을 설명하는 설명도
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 공작기계용 무선핸들러에서 수동펄스발생기에 의해 발생되는 오류 펄스신호를 보정한 신호를 설명하는 설명도
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 공작기계용 무선핸들러에서 공작기계용 핸들러의 제어과정을 설명하는 순서도
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 공작기계에 설치되는 수신기의 제어과정을 설명하는 순서도

본 발명의 실시예를 도면을 참고하여 보다 상세하게 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 공작기계용 무선핸들러는, 케이스(21)의 외면에 설치되는 조작부(20)와, 상기 조작부(20)의 조작신호를 받아 처리하는 신호처리부(30)와, 상기 신호처리부(30)에서 처리된 정보를 상기 공작기계의 수신기(50)에 전송하는 무선송신부(40)를 포함한다.

본 발명의 공작기계용 무선핸들러(10)는 공작기계를 운용하는 작업자의 조작에 따라 해당하는 신호를 무선통신에 맞도록 변환하여 공작기계에 설치된 수신기(50)로 송신하고 수신기(50)는 공작기계 내부에 장착되어 수신 받은 신호를 원신호로 복원한 후에 공작기계를 제어한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 공작기계용 무선핸들러(10)는 상하의 길이 즉, 상부(21a)와 하부(21b)를 연결하는 길이가 폭보다 길게 형성된 케이스(21)의 외면에 상태표시엘이디(LED)(12), 비상정지스위치(235), 이네이블(Enable)스위치(231,232), 축선택스위치(233), 정(+)방향 급속이송스위치(236), 역(-)방향 급속이송스위치(237), 배율선택스위치(234) 및 수동펄스발생기(25)로 구성된다.

상기 케이스(21)는 상하방향이 폭방향보다 긴 박스형상으로 구성됨으로써 한손으로 파지하기 용이하도록 형성되며, 상태표시엘이디(LED)(12), 비상정지스위치(235), 축선택스위치(233), 정(+)방향 급속이송스위치(236), 역(-)방향 급속이송스위치(237), 배율선택스위치(234) 및 수동펄스발생기(25)를 케이스(21)의 전면에 배치되고, 이네이블스위치(231,232)는 케이스(21)의 양 측면에 설치된다.

상기 이네이블스위치(231,232)는 무선핸들러(10)의 동작 여부를 결정하는 스위치로 무선핸들러(10)는 평상시 전원이 꺼져있어 무선데이터의 송수신이 불가능한 상태이며, 이네이블스위치(231,232)를 누르고 있을 때만 전원이 인가되어 무선데이터의 송수신이 가능한 상태가 된다. 즉, 이네이블스위치(231,232)를 누른 상태에서 무선핸들러(10)를 조작하여야 공작기계가 제어된다.

이것은 이네이블스위치(231,232)를 누르지 않고 있을 때 발생할 수 있는 작업자의 조작실수와 외부의 통신간섭에 의한 오동작으로부터 작업자와 공작기계를 보호한다. 이는 프로그램에 의해 기능이 구현되는 것이 아니라 전기적으로 완전히 차단하기 때문에 어떠한 외부 신호의 간섭에도 영향을 받지 않는다. 일반적인 무선기기의 온오프(on/off) 스위치와는 달리 작업자가 조작을 원할 때만 엄지손가락으로 이네이블스위치(231,232)를 누르고 있으면 작동 가능한 상태가 되고 무선기기를 작동 불가능 상태로 만들기 위해 별도의 조작없이 누르고 있던 엄지손가락을 이네이블스위치(231,232)에서 때면 자동적으로 오프(off)상태가 된다. 즉 작업자 부주의로 스위치를 오프(OFF)하지 않아 배터리가 완전히 방전되어 작업을 하지 못하는 상황도 방지할 수 있다. 이네이블스위치(231,232)는 기기를 한손으로 잡은 상태에서 자연스럽게 엄지손가락으로 누를 수 있도록 케이스(21)의 측면에 설치되고, 여러 작업자가 무선핸들러(10)를 공통으로 사용할 수 있으므로 그 작업자 중 오른손잡이, 왼손잡이의 구분없이 사용할 수 있도록 좌우측면에 각각 배치하였다.

도 3의 (a)를 참조하면, 상기 케이스(21)를 오른손으로 파지하는 경우에 오른손의 엄지손가락이 누를 수 있도록 상기 케이스(21)의 좌측면에 좌측이네이블스위치(231)가 설치되고, 도 3의 (b)와 같이, 상기 케이스(21)를 왼손으로 파지하는 경우에 왼손의 엄지손가락이 누를 수 있도록 상기 케이스(21)의 우측면에 우측이네이블스위치(232)가 또한 설치된다. 상기 좌측이네이블스위치(231)와 우측이네이블스위치(232)는 서로 독립적으로 상기 전원을 온(ON)시키는 것으로서, 어느 하나만 누른 상태이더라도 전원이 온(ON)상태인 것이다.

상기 상태표시엘이디(12)은 무선핸들러(10)의 배터리와 기기의 상태를 표시한다. 무선핸들러(10)에 내장되어 있는 배터리 상태를 감시하여 전력부족상황과 전력부족으로 인한 작동불가 상황을 작업자에게 상태표시엘이디(12)를 통해 알려준다. 이때, 작업자는 무선핸들러(10)를 충전거치대에 거치시켜 충전하는 것이 바람직하다. 또한 공작기계의 수신기(50)가 수신 가능한 거리에 있는지, 정상적으로 무선통신이 이루어지고 있는지 여부를 상태표시엘이디(12)를 통해서 알려준다.

상기 비상정지스위치(235)는 공작기계 조작 및 가공 도중 비상상황이 발생하였을 때 공작기계를 비상 정지시킨다. 무선핸들러(10)는 기본적으로 이네이블스위치(231,232)를 누르지 않은 상태에서는 어떤 동작도 하지 않도록 되어 있지만 비상정지스위치(235)는 이네이블스위치(231,232)를 누르지 않고도 작동 가능하다. 이는 공작기계를 비상 정지시키기 위해, 비상정지 버튼을 누르기 전에 이네이블스위치(231,232)를 누르고 있어야 하는 동작방식이 비상상황에 적합하지 않기 때문이다. 즉, 비상정지스위치(235)를 누르면 무선핸들러(10)에 전원이 투입되고 그와 동시에 비상정지 코드가 공작기계의 수신기(50)로 송신하게 되어 공작기계의 수신기(50)는 공작기계를 비상정지 시킨다.

상기 축선택스위치(233)는 작업자가 공작기계의 이송하고자 하는 축을 선택하는 스위치이고, 배율선택스위치(234)는 수동펄스발생기(25)의 1펄스당 이송거리를 선택하는 스위치이다.

한편, 상기 수동펄스발생기(25)는 공작기계의 이동을 제어하는 핸들(251)의 회전량에 따라 펄스를 발생하는 장치이다. 수동펄스발생기(25)는 회전축을 중심으로 핸들(251)을 돌리는 휠(wheel)타입으로 구성되는 것으로, 통상 MPG(manual pulse generator)로 불린다. 상기 수동펄스발생기(25)는 도 2의 측면도에서 도시하는 바와 같이, 하측으로 갈수록 낮아지도록 하측방향을 향해 경사진 상태의 경사각(α)을 가지고 상기 케이스(21)의 전면에 설치된다. 이는 한손으로 케이스(21)를 잡고 있는 상태에서 휠타입의 수동펄스발생기(25)가 사용자를 향하도록 약간 경사지게 하여 다른 한손으로 핸들(251)를 잡고 수동펄스발생기(25)를 회전시키기에 보다 편리하도록 구성한 것이다.

또한, 상기 수동펄스발생기(25)는 회전 시 제1 및 제2펄스파형을 함께 발생시키되, 도 5에서 도시하는 바와 같이, 시계방향의 회전시에는 제1펄스파형(A상)이 제2펄스파형보(B상)다 90도 앞서도록 위상차가 발생하고, 반시계방향의 회전시에는 제2펄스파형이 제1펄스파형보다 90도 앞서도록 위상차가 발생한다.

상기 수동펄스발생기(25)는 핸들(251)의 회전량에 상응하는 펄스를 출력하며 공작기계는 펄스신호에 따라 제어된다. 무선핸들러(10)는 수동펄스발생기(25)에서 발생된 펄스신호를 실시간 전송이 가능한 데이터로 변환하여 무선으로 전송한다. 설정된 시간 마다 수동펄스발생기(25)에서 발생된 펄스 신호의 오류를 보정하고 핸들(251)의 회전방향과 회전량을 판별한 후, 무선송수신에 적합한 프로토콜로 재구성하여 공작기계의 수신기(50)로 송신한다. 이때, 무선핸들러(10)와 공작기계의 수신기(50)는 고유 통신주파수와 통신채널을 가지고 있다. 따라서 외란에 의한 공작기계 오동작을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 별도의 암호화 작업과 대응기기 데이터 구별작업이 생략가능하므로 내부 연산과정이 간단해져서 통신지연 없는 실시간 동작이 가능하다.

공작기계의 이송축은 축선택스위치(233)에 의해 결정되고 공작기계의 이송량은 수동펄스발생기(25)의 1펄스 출력마다 일정량만큼 이송되도록 구성되되 이송량은 작업자에 의해 선택된 배율에 따라 달라진다. 즉, 배율선택스위치(234)를 이용하여 1펄스당 이송량의 배율을 1배, 10배, 100배 등과 같이 설정할 수 있다. 예를 들면, 작업자가 축선택스위치(233)로 X축을 선택하고, 배율선택스위치(234)로 1배율을 설정한 후 수동펄스발생기(25)를 시계방향으로 1 TICK 만큼 회전시키면 공작기계는 +X축 방향으로 1/1000 mm만큼 이송된다. 만일 10배를 설정하면 1/100mm, 100배를 설정하면 1/10mm 이송된다.

급속이송스위치는 정(+)방향 급속이송스위치(236)와 역(-)방향 급속이송스위치(237)를 포함한다. 정(+)방향 급속이송스위치(236)는 현재 선택된 축을 따라 정(+)방향으로 급속이송시키고, 역(-)방향 급속이송스위치(237)는 현재 선택된 축을 역(-)방향으로 급속히 이동시킨다. 즉 작업자가 축선택스위치(233)로 Y축을 선택하고, 정(+)방향 급속이송스위치(236)을 한번 누르면 공작기계는 +Y축 방향의 좌표한계점까지 급속이동되고, 역(-)방향 급속이송스위치(237)을 한번 누르면 -Y축 방향의 좌표한계점까지 급속이동된다.

한편, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 공작기계용 무선핸들러(10)와, 공작기계에 설치되는 수신기(50)의 신호처리과정을 나타내는 블록도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 공작기계용 무선핸들러(10)는 전술한 스위치들(23;231,232,233,234,235,236,237)과 수동펄스발생기(25)의 신호가 입력되는 조작부(20)와, 조작부(20)의 신호를 처리하는 신호처리부(30)와, 처리된 신호를 송신하는 무선송신부(40)와, 전원의 공급상태 및 무선통신상태를 표시하는 상태표시엘이디(12)와, 전원공급부(14) 및 전반적인 작동을 제어하는 제어부(66)를 포함한다.

상기 조작부(20)는 비상정지스위치(235), 축선택스위치(233), 정(+)방향 급속이송스위치(236), 역(-)방향 급속이송스위치(237), 배율선택스위치(234)를 포함하여 비상정지신호, 정(+)방향 급속이송신호, 역(-)방향 급속이송신호, 축선택신호, 배율신호가 입력된다. 또한, 수동펄스발생기(25)가 포함됨으로써 공작기계의 작동을 위한 이송량 및 이송방향을 결정하는 펄스신호를 발생시킨다.

한편, 상기 신호처리부(30)는 조작부(20)에서 입력된 신호를 디지털데이터로 변환하기 위한 신호변환부(32)와 변환된 신호에 대한 프로토콜을 생성하는 프로토콜생성부(33)를 포함한다.

상기 신호변환부(32)는 스위치의 신호를 디지털데이터로 변환함과 함께 수동펄스발생기(25)에서 발생하는 펄스파형을 디지털데이터로 변환한다. 수동펄스발생기(25)에서 입력되는 신호를 받아 설정시간단위로 설정시간동안 이송방향과 이송량을 판별하여 디지털데이터로 변환한다.

상기 이송방향과 관련하여 상기 수동펄스발생기(25)에서 발생하는 펄스파형은 도 5의 (a)와 같이, A상(제1펄스파형)이 B상(제2펄스파형)보다 90도 위상이 앞서 있으면 핸들이 시계방향으로 회전하고 있는 것이고, 반대로 도 5의 (b)와 같이, A상이 B상보다 90도 위상이 뒤쳐져 있으면 핸들이 반시계방향으로 회전하는 것이므로, A상의 최초 펄스발생시점과 B상의 최초발생시점을 비교하여 판단한다.

또한, 신호변환부(32)에서는 발생되는 이송량에 대한 오류신호를 제거하기 위하여 A상 및 B상을 논리적 승산(AND)하여 산출된 펄스수에 따라 이송량에 관한 데이터를 생성한다.

MPG(manual pulse generator)로 불리는 수동펄스발생기(25)는 광센서에 의한 회전량을 감지하는 방식이 일반적인 것으로 높은 정밀도로 제작되지 않는 경우, 도 6에서 도시하는 바와 같은 종류의 오류파형을 발생시킨다. 즉, 도 6의 (a) 내지 (d)의 경우에는 설정된 회전량에 따라 정상적으로 3개의 펄스가 발생한 B상과 달리 A상은 펄스의 폭 또는 펄스수에 오류가 발생한 경우이다.

그와 같은 경우, A상과 B상의 신호를 일정시간동안의 펄스수로 그대로 계수하거나 일정시간단위로 펄스존재여부를 계수하여 디지털데이터로 변환할 경우에는, 조작된 이송량과 실제 공작기계에 전송되는 이송량에 차이가 발생한다.

그러한 차이를 보정하기 위해, A상과 B상의 펄스신호를 논리적 승산(AND)하게 되면, A상과 B상 모두에서 펄스가 유지되는 영역에서만 도 7과 같이, 펄스가 생성되면서 수동펄스발생기(25)의 회전량과 일치하도록 보정이 이루어진다.

한편, 상기 프로토콜생성부(33)는 디지털로 변환된 스위치 신호와 수동펄스발생기(25)의 신호를 조합하여 무선통신에 맞도록 프로토콜을 생성한다. 지연이 없는 실시간 무선 통신을 보장하기 위해 송수신하는 데이터의 양이 적을 필요가 있으므로, 단순히 획득한 데이터를 전송하지 않고 압축하고 코드화하여 특정 프로토콜을 만들 필요가 있다.

상기 전원공급부(14)는 배터리를 전원으로 하여 각부에 전원을 공급하고, 작업자가 이네이블스위치(231,232)를 누름에 따라 무선핸들러(10)의 동작 여부를 결정하는 회로가 포함되어 있다. 즉 이네이블스위치(231,232)가 누르고 있으면 무선핸들러(10)에 전원이 공급되고 정상적인 무선통신이 가능해지며, 이네이블스위치(231,232)를 놓으면 전원이 차단된다.

상기 제어부(66)는 각부의 전체적인 동작을 제어한다. 즉, 무선핸들러(10)의 배터리 전압상태와 공작기계의 수신기(50)와의 통신상태를 감시하여 상태표시엘이디(12)를 통해 상태를 작업자에게 알려준다. 내장된 배터리 전압상태를 경고, 위험 두단계로 나눠서 표시하고, 무선핸들러(10)가 공작기계의 수신기(50)와 무선 송수신 가능한 반경내이고 정상적인 송수신이 이루어지고 있으면, 상태표시엘이디(12)가 1초마다 한번씩 깜빡여서 정상임을 표시한다.

상기 무선송신부(40)는 아이디(ID)설정부를 포함하고 있고, 프로토콜생성부(33)에서 생성된 프로토콜을 설정된 아이디(ID)를 참조하여 공작기계의 수신기(50)로 송신한다. 본 발명에서는 무선송신부(40)는 지그비(ZigBee) 통신를 사용하고 있으며, 상기 지그비통신방식은 페어링과정이 없으므로 이네이블스위치(231,232)를 누름과 동시에 조작부(20)의 조작을 위한 통신이 가능하다.

상기 아이디(ID)설정부는 무선핸들러(10)의 무선통신 송신채널을 설정하는 것으로, 최초 1회 설정해 놓으면 별도의 암호화 작업과 대응기기 데이터 구별작업을 생략할 수 있으므로 통신지연없는 실시간 동작이 가능하다.

한편, 도 4를 참조하면, 공작기계에 설치되는 수신기(50)는 무선수신부(61), 신호처리부(63), 전원공급부(67) 및 전반적인 작동을 제어하는 제어부(66)를 포함한다.

상기 무선수신부(61)는 아이디(ID)설정부를 포함하는 것으로 공작기계의 수신기(50)의 무선통신채널을 설정하여 무선핸들러(10)로부터 데이터를 수신한다. 무선핸들러(10)의 송신채널과 공작기계 수신기(50)의 수신채널이 같으면 외부신호의 간섭을 받지 않고 안전한 무선 송수신이 가능하다.

상기 신호처리부(63)는 프로토콜해석부(64)와 신호복원부(65)를 포함한다.

상기 프로토콜해석부(64)는 무선수신부(61)에서 수신된 신호를 해석한다. 수신된 신호는 압축 코드화되어 있으므로 원신호로 바로 복원할 수 없고 프로토콜을 해석하는 과정을 거쳐야 한다. 프로토콜을 해석하면 스위치 데이터와 수동펄스발생기(25)의 펄스 데이터를 얻을 수 있다.

상기 신호복원부(65)는 프로토콜해석부(64)에서 얻은 스위치 데이터와 수동펄스발생기(25)의 펄스데이터에서 원신호인 스위치 입력신호와 펄스파형으로 복원한다. 즉, 스위치 데이터에서 비상정지신호, 정(+)방향 급속이송신호, 역(-)방향 급속이송신호, 축선택신호, 배율신호를 복원하고, 수동펄스발생기(25)의 펄스데이터로부터 A상과 B상으로 이루어진 펄스 파형을 복원한다.

이렇게 복원된 신호와 파형은 공작기계제어부(70)를 통해서 공작기계를 제어한다.

한편, 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공작기계용 무선핸들러(10)의 제어과정이 도시되어 있다.

먼저, 작업자가 케이스(21)의 좌측 또는 우측에 있는 이네이블스위치(231,232)를 누르면 무선핸들러(10)에 전원이 투입되어 초기화가 진행된다.(S10)

초기화 후, 아이디(ID)설정부에 의한 무선통신 송신채널의 설정이 이루어진다.(S11)

이후, 제어부(66)는 내장되어 있는 배터리의 잔량을 체크하여 동작여부를 결정한다. (S12)

제어부(66)가 배터리의 상태를 판단하여 안전상태에 있으면, 공작기계의 수신기(50)와의 통신상태를 점검한다.(S13) 만일, 배터리가 낮은 충전상태이면 통신상태를 점검하기 전에 상태표시엘이디(12)에 부족메세지를 나타내고, 배터리 상태가 설정된 위험수준이면 상태표시엘이디(12)에 위험메시지를 나타내며, 배터리 상태가 정상으로 바뀔 때까지 대기한다. 여기서, 작업자에 의해 배터리가 충전되어 정상으로 회복되면 자동으로 통신상태를 점검하게 된다.(S13)

통신상태도 배터리 상태와 마찬가지로 공작기계의 수신기(50)와 무선 송수신 가능한 반경 내이고 정상적인 송수신이 이루어지고 있는지 확인하여 통신이 비정상이면 통신상태가 정상이 될 때까지 대기하고, 통신상태가 정상이면 상태표시엘이디(12)에 통신상태를 표시한다.(S14)

배터리 상태와 통신상태가 정상이면, 작업자에 의해 무선핸들러(10)에 탑재된 비상정지스위치(235), 축선택스위치(233), 정(+)방향 급속이송스위치(236), 역(-)방향 급속이송스위치(237), 배율선택스위치(234)의 입력을 통해 이송하고자하는 축, 한 펄스당 이송거리배율, 비상정지유무, 정(+)방향 급속이송, 및 역()방향 급속이송신호가 디지털데이터로 입력된다.(S15)

또한, 수동펄스발생기(25)를 작업자가 조작하여 발생되는 펄스파형은 전술한 바와 같이, A상과 B상 위상차를 확인하여 수동펄스발생기(25)의 회전방향을 판별하여 디지털데이터로 변환한다.(S16)

또한, 설정시간동안 발생된 펄스 파형을 획득하여 펄스파형을 전술한 논리적 승산(AND)에 의해 보정한 후, 파형의 개수로써 수동펄스발생기(25)의 회전량도 판별하여 디지털데이터로 변환한다.(S17)

다음으로 디지털데이터로 변환된 스위치신호, 수동펄스발생기(25)의 회전방향 및 회전량(즉, 이송방향 및 이송량에 관한 데이터)은 조합되어 무선통신에 맞는 고유 프로토콜로 생성된다.(S18) 상기 프로토콜은 지연이 없는 실시간 무선 통신을 보장하기 위한 것으로 스위치입력데이터, MPG회전 방향데이터, MPG회전량 데이터를 압축하고 코드화한 것이다.

위에서 생성된 프로토콜은 아이디(ID)설정부에서 설정된 ID를 참조하여 고유의 무선통신 송신채널을 통해 공작기계의 수신기(50)로 송신된다.(S19)

송신이 완료되면 최초 배터리상태를 확인하는 절차로 돌아가 상기 일련의 절차를 반복 수행한다.

한편, 도 9는 공작기계에 설치되는 수신기(50)의 제어과정이 도시되어 있다.

수신기(50)는 공작기계 내부에 장착되어 작업자가 공작기계에 전원을 투입하는 순간 전원이 투입되어 초기화가 진행된다.(S20)

초기화 후, 무선통신 수신채널의 설정이 이루어진다.(S21)

이후, 공작기계의 수신기(50)가 공작기계를 제어함에 있어서 신뢰성을 확보하기 위해 통신상태를 점검한다.(S22) 무선핸들러(10)와 무선 송수신이 가능한 반경 내이고 정상적인 송수신이 이루어지고 있는지 확인하여 통신이 비정상이면 통신상태가 정상이 될 때까지 대기하고, 통신상태가 정상이면 상태표시LED에 통신상태를 표시한다.(S23).

이후, 무선핸들러(10)로부터 송신된 프로토콜을 무선수신부(61)에서 수신한다.(S24)

수신된 프로토콜은 압축하고 코드화 되어 있어 원신호로 바로 복원할 수 없으므로 수신된 프로토콜에서 스위치 데이터를 복원하고(S25), 수동펄스발생기(25)의 펄스신호데이터도 복원한다.(S26)

이후, 복원된 스위치 데이터를 원신호인 스위치 입력신호로 변환하고(S27), 공작기계를 제어할 수 있는 파형으로 변환한다.(S28) 즉, 스위치 데이터에서 비상 정지신호, + 방향 급속 이송, - 방향 급속 이송, 축, 배율신호를 복원한다.

여기서, 비상정지신호는 복원할 때, 별도의 알고리즘을 가진다. 유선 기기에서는 비상상황이 종료되었을 때, 비상정지 버튼을 풀면(보통 오른쪽으로 회전) 공작기계 내부 비상정지 접점이 해제되고, 공작기계의 경고 해제버튼을 눌러 비상정지 상태를 해제한다. 즉, 비상정지는 이중보호동작에 의해 해제되고 있다.

그러나, 무선핸들러(10)의 비상정지스위치(235)를 푸는 순간 전원도 차단이 되기 때문에 비상정지버튼 해제 코드를 수신기(50)로 발송하지 못하게 되어 공작기계의 비상정지 상태를 해제시킬 수 없다.

그러한 문제를 해결하기 위해, 무선핸들러(10)의 비상정지스위치(235)가 눌러져 있을 때, 수신기(50)에는 정상적으로 비상정지 코드가 수신된다. 그러나, 무선핸들러(10)의 비상정지스위치(235)가 해제되면 공작기계의 수신기(50)에 수신되는 신호가 없으므로, 공작기계의 수신기(50)에 일정시간 동안 수신되는 신호가 없다면 비상정지스위치(235)가 해제된 것으로 인지하고 수신기(50)는 공작기계 내부의 비상정지 접점을 해제시킨다.

즉, 비상상황이 종료되었을 때, 비상정지스위치(235)를 풀면(보통 오른쪽으로 회전) 비상정지 코드의 송신이 정지되고, 공작기계의 수신기(50) 측에서 일정시간 동안 수신되는 신호가 없으면 공작기계의 수신기(50)는 공작기계 내부의 비상정지 접점을 해제시키며, 공작기계의 경고 해제 버튼을 눌러 비상정지 상태를 해제 한다. 한편, 위에서 복원이 완료되면, 복원된 수동펄스발생기(25)의 신호데이터인 회전방향과 회전량을 이용하여 A상과 B상으로 이루어진 수동펄스발생기(25) 신호파형으로 복원한다.(S28) 복원은 무선핸들러(10)에서의 변환을 역으로 수행함으로써 이루어지는 것으로, 회전량에 따라 설정된 시간동안 펄스를 발생시키고, 회전방향에 따라 A상과 B상의 위상차를 만들어낸다.

복원된 스위치 신호와 펄스파형은 공작기계제어부(70)로 출력되어 공작기계를 제어한다.(S29)

전술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 공작기계용 무선핸들러(10)는 휴대성 및 조작의 편의성이 향상되고, 무선조작의 신뢰성을 매우 높일 수 있다. 특히, 이네이블스위치(231,232)에 의한 작업자의 조작실수를 방지할 수 있음과 함께 이네이블스위치(231,232)가 양측면에 모두 설치됨으로써 오른손잡이, 왼손잡이의 구분없이 편리하게 사용할 수 있다. 또한, 지그비(ZigBee) 통신방식의 사용과 함께 이네이블스위치(231,232)의 인체공학적 배치로 인해 용이한 조작동작이 가능하면서도 조작동작이 시작되는 시점에서 통신이 실시간으로 진행될 수 있다.

또한, 신호처리부에서 펄스신호의 오류를 보정함으로써 실제 조작된 회전량과 공작기계의 이송량을 정확히 일치시킬 수 있다.

이에 따라, 조작의 실시간성과 안정성을 확보하여 가공물과 공작기계의 손상으로 인한 경제적 손실을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 대형 공작기계에서 발생할 수 있는 인명 피해도 방지할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 상기의 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에 있는 일 실시예에 불과하며, 동업계의 통상의 기술자에 있어서는, 본 발명의 기술적인 사상 내에서 다른 변형된 실시가 가능함은 물론이다.

10; 무선핸들러 12; 상태표시엘이디
14; 전원공급부 15; 제어부
20; 조작부 21; 케이스
21a; 상부 21b; 하부
25; 수동펄스발생기 30; 신호처리부
32; 신호변환부 33; 프로토콜생성부
40; 송신부 50; 수신기
61; 무선수신부 63; 신호처리부
64; 프로토콜해석부 65; 신호복원부
66; 제어부 67; 전원공급부
70; 공작기계제어부 231,232; 이네이블스위치
233; 축선택스위치 234; 배율선택스위치
235; 비상정지스위치 236; 정(+)방향 급속이송스위치
237; 역(-)방향 급속이송스위치 251; 핸들

Claims

케이스(21)의 외면에 설치되는 조작부(20);
상기 조작부(20)의 조작신호를 받아 처리하는 신호처리부(30); 및
상기 신호처리부(30)에서 처리된 정보를 공작기계의 수신기(50)에 전송하는 무선송신부(40)를 포함함으로써 공작기계의 작동을 조작하기 위한 무선핸들러(10)에 있어서,
상기 조작부(20)는,
상기 케이스(21)의 측면에 설치되어 누름으로써 무선핸들러(10)의 동작이 가능하도록 전원을 온(ON)시키는 이네이블(Enable)스위치(231,232)와,
비상시 공작기계를 비상정지시키기 위한 정지신호를 발생시키는 비상정지스위치(235)와,
공작기계에서 동작이 이루어지는 이송축을 결정하는 축선택스위치(233)와,
공작기계의 작동을 위한 이송량 및 이송방향을 결정하는 펄스신호를 발생시키는 휠(wheel)타입의 수동펄스발생기(25)를 포함하고;
상기 신호처리부(30)는 상기 조작부(20)에서 발생한 신호를 디지털데이터로 변환하며,
변환된 상기 디지털데이터는 주기적으로 지그비(ZigBee)방식의 무선송신부(40)에 의해 상기 공작기계의 수신기(50)에 송신되고,
상기 수동펄스발생기(25)는 회전 시 제1 및 제2펄스파형을 함께 발생시키되, 시계방향의 회전시에는 제1펄스파형이 제2펄스파형보다 90도 앞서도록 위상차가 발생하고, 반시계방향의 회전시에는 제2펄스파형이 제1펄스파형보다 90도 앞서도록 위상차가 발생하는 것이며,
상기 신호처리부(30)는 상기 제1 및 제2펄스파형의 위상차를 판별하여 상기 이송방향에 관한 데이터를 생성하고, 상기 제1 및 제2펄스파형을 논리적 승산(AND)하여 산출된 펄스수에 따라 상기 이송량에 관한 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 공작기계용 무선핸들러
제1항에 있어서,
상기 케이스(21)는 상하의 길이가 폭보다 길게 형성되고,
상기 이네이블스위치(231,232)는,
상기 케이스(21)를 오른손으로 파지하는 경우에 오른손의 엄지손가락이 누를 수 있도록 상기 케이스(21)의 좌측면에 설치된 좌측이네이블스위치(231)와, 상기 케이스(21)를 왼손으로 파지하는 경우에 왼손의 엄지손가락이 누를 수 있도록 상기 케이스(21)의 우측면에 설치된 우측이네이블스위치(232)를 포함하며,
상기 좌측이네이블스위치(231)와 상기 우측이네이블스위치(232)는 서로 독립적으로 상기 전원을 온(ON)시키는 것을 특징으로 하는 공작기계용 무선핸들러
제2항에 있어서,
상기 수동펄스발생기(25)는 회전축을 중심으로 핸들을 돌리는 횔타입으로 구성되되, 하측으로 갈수록 낮아지도록 하측방향을 향해 경사진 상태로 상기 케이스(21)의 전면에 설치되며,
상기 비상정지스위치(235)는 상기 이네이블스위치(231,232)와는 독립적으로 상기 전원을 온(ON)시켜 정지신호를 발생시키고,
상기 조작부(20)에는
상기 전원의 공급상태와 무선통신상태를 표시하는 상태표시엘이디(12)와,
상기 이송량과 상기 공작기계의 이송거리의 비율을 결정하는 배율선택스위치(234)와,
상기 축선택스위치(233)에 의해 결정된 이송축을 따라 설정된 위치까지 설정된 속도로 이송시키기 위한 급속이송스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계용 무선핸들러
제3항에 있어서,
상기 전원의 공급을 위한 배터리와,
전체적인 동작을 제어하기 위한 제어부(66)를 더 포함하고,
상기 제어부(66)는
상기 배터리의 상태를 체크하여 상기 상태표시엘이디(12)에 표시하고,
상기 배터리의 상태가 정상이면, 상기 무선송신부(40)에 의한 통신상태를 상기 상태표시엘이디(12)에 표시하며,
상기 통신상태가 정상이면, 상기 조작부(20)에서 입력된 신호를 상기 신호처리부(30)에서 디지털데이터로 변환하고,
변환된 디지털데이터를 프로토콜로 생성한 후 무선송신기에 의해 송신하는 일련의 과정을 진행하되,
상기 일련의 과정은 지속적으로 반복되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 공작기계용 무선핸들러