KR101607586B1

KR101607586B1 - 공작기계의 간섭판정방법 및 간섭판정장치

Info

Publication number: KR101607586B1
Application number: KR1020147027773A
Authority: KR
Inventors: 타다시 가사하라
Original assignee: 마키노 밀링 머신 주식회사
Priority date: 2012-04-17
Filing date: 2012-04-17
Publication date: 2016-03-30
Also published as: US20150068272A1; CN104245228B; WO2013157081A1; EP2839925B1; CN104245228A; EP2839925A4; KR20140132393A; US9873175B2; JP5911565B2; EP2839925A1; JPWO2013157081A1

Abstract

서로 상대이동하는 각 요소간 간섭의 유무를 판정하는 공작기계의 간섭판정방법은, 워크(W)에 대응한 워크 모델(M1)을 포함하는 각 요소의 형상모델(M)을 조합한 공작기계 모델(MA)을 설정하는 설정순서와, 워크 설치부(4)에 설치된 워크(W)의 위치를 측정하는 측정순서와, 측정순서에서 측정한 워크(W)의 위치를 소정의 타이밍으로 취득하고, 설정순서에서 설정한 공작기계 모델(MA)을 수정하는 수정순서와, 수정순서에서 수정한 공작기계 모델(MA')에 근거하여 각 요소간 간섭의 유무를 판정하는 판정순서를 포함한다.

Description

공작기계의 간섭판정방법 및 간섭판정장치{Interference determination method and interference determination device for machine tool}

본 발명은 각 요소간 간섭의 유무를 판정하는 공작기계의 간섭판정방법 및 간섭판정장치에 관한 것이다.

종래부터, 공작기계의 공구측과 워크측이 서로 상대이동하는 부재의 형상 사양(모델)과, 이동 데이터(가공 프로그램)를 이용하여, 공작기계가 운전될 때의 부재간 간섭 체크를 행하는 장치가 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1을 참조). 이러한 특허문헌 1에 기재된 장치에서는, 워크 모델을 기억시킬 때, 미리 정해져 있는 치수의 워크가 공작기계의 소정 위치에 설치될 것이라고 가정하고, 워크의 치수, 위치, 자세가 입력된다.

그런데, 공작기계에 설치되는 워크는, 치수, 위치, 자세 편차가 있어, 정확한 간섭 체크를 행하기 위하여는, 실제로 설치된 워크의 치수, 위치, 자세를 측정하여, 모델링 데이터로서 입력해야만 하여, 수고와 시간이 걸렸다. 또한, 간섭판정의 정밀도가 떨어져 있었다.

선행기술문헌

(특허문헌)

특허문헌 1: 일본공고특허공보 평3-63761호

본 명세서의 내용 중에 포함되어 있음.

본 발명은 공작기계를 가공 프로그램에 따라 작동시킬 때의 공작기계의 각 요소간 간섭의 유무를 판정하는 공작기계의 간섭판정방법으로서, 워크에 대응한 워크 모델을 포함하는 각 요소의 형상 모델을 조합한 공작기계 모델을 설정하는 설정순서와, 워크 설치부에 설치된 워크를 측정하고, 워크 좌표계에 관한 파라미터를 구하는 측정순수와, 측정순서에서 구한 워크 좌표계에 관한 파라미터를 소정의 타이밍으로 취득하고, 설정순서에서 설정한 공작기계 모델을 수정하는 수정순서와, 수정순서에서 수정한 공작기계 모델에 근거하여 각 요소간 간섭의 유무를 판정하는 판정순서를 포함한다.

또한, 본 발명은, 공작기계를 가공 프로그램에 따라서 동작시킬 때의, 공작기계의 각 요소간 간섭의 유무를 판정하는 공작기계의 간섭판정장치로서, 워크에 대응한 워크 모델을 포함하는 각 요소의 형상 모델을 조합한 공작기계 모델을 설정하는 설정부와, 공작기계의 워크의 좌표계에 관한 파라미터를 소정의 타이밍으로 취득하고, 설정부에서 설정된 공작기계 모델을 수정하는 수정부와, 수정부에서 수정된 공작기계 모델에 근거하여 각 요소간 간섭의 유무를 판정하는 판정부를 포함한다.

본 명세서의 내용 중에 포함되어 있음.

도 1은 본 발명이 적용되는 공작기계의 개략 구성을 나타내는 정면도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 공작기계의 간섭판정장치의 개략 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 공작기계의 워크 설치면에 설치된 워크의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 4의 (a)는 워크의 측정순서의 일례를 설명하는 도면이다.
도 4의 (b)는 도 4의 (a)의 워크에 대응한 워크 모델을 나타내는 도면이다.
도 4의 (c)는 도 4의 (b)의 워크 모델의 수정순서를 설명하는 도면이다.
도 5의 (a)는 워크의 측정순서의 다른 예를 설명하는 도면이다.
도 5의 (b)는 도 5의 (a)의 워크에 대응한 워크 모델을 나타내는 도면이다.
도 5의 (c)는 도 5의 (b)의 워크 모델의 수정순서를 설명하는 도면이다.
도 6의 (a)는 워크의 설치위치를 변경한 예를 나타내는 도면이다.
도 6의 (b)는 도 6의 (a)의 워크에 대응한 워크 모델과 설치구 모델을 나타내는 도면이다.

이하, 도 1 내지 도 6의 (b)를 참조하여, 본 발명에 따른 공작기계의 간섭판정장치의 실시형태를 설명한다. 도 1은 본 발명이 적용되는 공작기계(100)의 일례인 입형 머시닝센터의 개략 구성을 나타내는 정면도이다. 이러한 공작기계(100)는 직교3축(X축, Y축, Z축)과, 회전2축(B축, C축)을 구동축으로서 가지는 5축 머시닝센터이다. 한편, 다음에서는 X축방향(도 1의 지면에 수직인 방향), Y축방향(도 1의 좌우방향), Z축방향(도 1의 상하방향)을 각각 좌우방향, 전후방향, 상하방향으로 정의한다.

도 1에 있어서, 기초대가 되는 베드(101)의 상면에는 칼럼(102)이 세워 설치되어 있다. 베드(101)의 상면에는 캐리지(103)가 탑재되고, 칼럼(102)의 전방 및 캐리지(103)의 상방에 회전 테이블(104)이 배치되어 있다. 회전 테이블(104)의 상방에는, 연직방향의 축선을 중심으로 하여 주축(105)을 회전 가능하게 지지하는 주축헤드(106)가 배치되어 있다. 주축(105)의 선단에는, 공구홀더(6)를 통하여 엔드밀 등의 공구(1)가 설치되어 있다. 주축헤드(106)는 칼럼(102) 전면의 새들(107)에 의하여 지지되어 있다. 공작기계(100)는 커버(108)에 의하여 대략 전체가 포위되어 있다.

칼럼(102)은 좌우방향으로 이간된 한 쌍의 다리부를 가지고, 공동(空洞)부(102a)를 형성하고 있다. 칼럼(102)의 전면에는, 상하 한 쌍의 레일(109)이 좌우방향에 걸쳐서 연장 설치되어 있다. 새들(107)은 레일(109)을 따라서 좌우방향으로 이동 가능하게 칼럼(102)에 지지되어 있다. 새들(107)의 전면에는 좌우 한 쌍의 레일(110)이 상하방향에 걸쳐서 연장 설치되어 있다. 주축헤드(106)는 레일(110)을 따라서 상하방향으로 이동 가능하게 새들(107)에 지지되어 있다. 베드(101)의 상면에는, 좌우 한 쌍의 레일(111)이 전후방향에 걸쳐서 연장 설치되어 있다. 캐리지(103)는 레일(111)을 따라서 전후방향으로 이동 가능하게 베드(101)에 안내 지지되며, 그 일부가 칼럼(102)의 공동부(102a) 내에 진입 가능하게 되어 있다.

캐리지(103)는 전후방향으로 이간된 한 쌍의 지주(112)를 가지고, 대략 U자 형상으로 형성되어 있다. 각 지주(112)에는 요동축(113)이 Y축에 평행한 직선 상에 서로 대향하여 돌출 설치되고, 요동축(113)은 지주(112)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 각 요동축(113)의 선단에는, 대략 U자 형상으로 형성된 요동 지지부재(114)가 B축방향으로 요동 가능하게 지지되어 있다. 요동 지지부재(114)의 상면에는, 회전축(115)을 통하여 C축방향으로 회전 가능하게 회전 테이블(104)이 고정되어 있다. 회전 테이블(104)의 상면에는 팔레트(2)가 탑재되고, 팔레트(2)의 상면에 이케르(equerre)(3)가 지지되어 있다. 이케르(3)는 직사각형 형상을 나타내는 4면 이케르이고, 이케르(3)의 각 외측면에 워크 설치면(4)이 형성되어 있다. 워크 설치면(4)에는 워크 설치구(5)를 통하여 워크(W)가 설치되어 있다.

도시는 생략하지만, 도 1의 공작기계(100)는 레일(109)을 따라서 새들(110)을 좌우방향으로 이동시키는 X축용 구동부, 레일(111)을 따라서 캐리지(103)를 전후방향으로 이동시키는 Y축용 구동부, 레일(110)을 따라서 주축헤드(106)를 상하방향으로 이동시키는 Z축용 구동부, 요동축(113)을 통하여 요동지지부재(114)를 요동시키는 B축용 구동부, 및 회전축(115)을 통하여 회전 테이블(104)을 회전시키는 C축용 구동부를 각각 가진다. X축용 구동부, Y축용 구동부 및 Z축용 구동부는, 예를 들어 볼나사와 볼나사를 회전 구동하는 서보모터에 의하여 구성되고, B축용 구동부 및 C축용 구동부는, 예를 들어 DD(다이렉트 드라이브) 서보모터에 의하여 구성되어 있다.

이상의 구성에 의하여, 공구(1)가 워크(W)에 대하여 X축방향, Y축방향 및 Z축방향으로 상대이동 가능해지고, 또한 B축방향 및 C축방향으로 상대이동 가능해진다. 따라서, 워크(W)를 원하는 3차원 형상으로 가공할 수 있다. 특히, 본 실시형태에서는, 이케르(3)의 4면에 워크(W)를 설치하고 있으므로, 회전 테이블(104)을 C축방향으로 90도 회전시킴으로써, 복수의 워크(W)를 순차 가공할 수 있다.

상술한 공작기계(100)는 서로 이동하는 복수의 요소(워크(W), 주축헤드(106), 요동지지부재(114) 등)를 가지고 있다. 이들 각 요소는, 공작기계(100)의 동작 중에 서로 간섭하지 않도록 구성할 필요가 있다. 각 요소가 그 이동의 범위 내에 있어서 간섭하는지 아닌지는, 미리 컴퓨터를 사용한 시뮬레이션에 의하여 확인할 수 있다. 시뮬레이션을 행하는 경우, 우선 워크(W)를 포함하는 복수의 각 요소의 형상 모델을 작성하고, 그들 형상 모델이 공작기계(100)에 대응한 소정의 상대위치관계가 되도록 형상 모델을 조합하여 공작기계 모델을 작성한다. 이어서, 각 형상 모델을 가공 프로그램에 따라 컴퓨터 상에서 동작시키고, 형상 모델끼리 교차부가 존재하는지 아닌지를 판정한다. 이 경우, 공작기계 모델로서, 공작기계 전체의 형상 모델을 작성하는 것이 아니라, 공작기계(100)의 동작시에 간섭할 우려가 있는 부분의 형상 모델만을 작성하면, 시뮬레이션이 쉬워진다.

그런데, 공작기계 모델 상의 워크의 위치, 즉 계산상의 워크 위치와 실제 워크 위치는 항상 일치한다고 한정되지 않으며, 계산상의 워크 위치에서 워크(W)가 벗어나 설치되는 경우가 있다. 따라서, 간섭 판정을 정밀하게 행하기 위해서는, 실제 워크 위치를 측정하고, 그 워크 위치를 이용하여 공작기계 모델을 작성하여, 시뮬레이션을 행하는 것이 바람직하다. 하지만, 실제 워크 위치에 맞춰 공작기계 모델을 다시 작성하는 것은 쉽지 않다. 그래서, 본 실시형태에서는, 간섭 판정을 정밀하고 효율적으로 행하기 위하여, 다음과 같이 간섭판정장치를 구성한다.

도 2는 본 실시형태에 따른 공작기계의 간섭판정장치(10)의 개략 구성을 나타내는 블록도이다. 도 2에는, 간섭판정장치(10)의 기능을 설명하기 위하여, CAM장치(20)와, NC장치(30)와, 공작기계(100)가 모두 나타나 있다. CAM장치(20)는 도시하지 않은 CAD장치로부터 워크 형상에 대응한 CAD데이터를 취득하고, 이 CAD데이터를 이용하여 공구경로를 포함하는 가공 프로그램(PR)을 작성한다. NC장치(30)는 CAM장치(30)로부터 가공 프로그램(PR)을 취득하고, 가공 프로그램(PR)에 근거하여 공작기계(100)의 구동부(서보모터)에 이동지령(S1)을 출력하여, 공작기계(100)의 동작을 제어한다.

간섭판정장치(10)는 CPU, ROM, RAM, 그 밖의 주변회로 등을 가지는 연산처리장치를 포함하여 구성되는 컴퓨터이다. 이러한 간섭판정장치(10)는 기능적 구성으로서 시뮬레이션부(11)와, 모델 설정부(12)와, 모델 수정부(13)와, 간섭 체크부(14)를 가진다. 간섭판정장치(10)는, 예를 들어 NC장치(30)의 근방에 설치되거나, 또는 NC장치(30) 내에 장착된다.

모델 설정부(12)는 각 요소의 형상 모델(M)이 공작기계(100)에 대응하여 조합된 공작기계 모델(MA)을 설정한다. 형상 모델(M)은 워크 가공 중에 서로 간섭할 가능성이 있는 각 요소의 형상에 대응한 모델이고, 워크(W)의 형상 모델(워크 모델(M1))과 설치구(5)의 형상 모델(설치구 모델(M2))이 포함된다. 더욱이, 형상 모델(M)에는, 주축헤드(106)의 하부, 주축헤드(106)의 하단면으로부터 돌출되어 있는 주축(105) 부분, 공구홀더(6), 공구(1), 이케르(4), 캐리지(103)의 지주(112), 요동지지부재(114), 팔레트(2), 회전 테이블(104) 등의 형상 모델이 포함된다.

공작기계 모델(MA)은 각 형상 모델(M)을 공작기계(100)에 대응한 소정의 상대위치관계(설계상의 위치관계)가 되도록 배치함으로써 얻어진다. 공작기계 모델(MA)은 설계 데이터에 의하여 얻어지는 설계상의 모델이며, 예를 들어 공작기계(100)로부터 떨어진 장소에 있는 컴퓨터실 등에서 작성된다. 모델 설정부(12)는 이러한 공작기계 모델(MA)을 판독하여, 메모리에 기억함으로써, 공작기계 모델(MA)을 설정한다.

시뮬레이션부(11)는 모델 설정부(12)로부터 공작기계 모델(MA)의 형상 데이터를 취득하고, CAM장치(20)로부터 가공 프로그램(PR)을 취득한다. 그리고, 가공 프로그램(PR)에 따라서, 공작기계 모델 내의 각 형상 모델(M)을 동작시키며, 컴퓨터 상에서의 시뮬레이션에 의하여, 형상 모델(M) 끼리가 서로 간섭하는지 아닌지를 판정하여, 판정결과를 오퍼레이터에게 통지한다. 형상 모델(M)끼리가 간섭하지 않는 원하는 시뮬레이션 결과가 얻어졌으면, 오퍼레이터는 공작기계(100)의 워크 설치면(4)(도 1)에 설치된 워크(W)의 위치를 측정한다. 이와 같은 시뮬레이션은 컴퓨터실에서 행하도록 하여도 좋고, 시뮬레이션부(11)의 기능을 가지는 시뮬레이션 장치를, 예를 들어 CAM장치(20)와 함께 컴퓨터실에 설치하여도 좋다. 한편, 시뮬레이션부(11)는 워크 모델(M1)에 근거하여 공구경로의 타당성에 대하여도 검증한다.

도 3(실선)은, 워크 설치면(4)에 설치된 워크(W)의 일례를 나타내는 평면도이다. 한편, 도 3의 점선은, 이러한 워크(W)에 대응하는 워크 모델(M1)이고, 모델 설정부(12)에서 설정되어 있다. 워크(W)에는 미리 기준점으로서 워크 원점(P1)이 설정되어 있으며, 워크(W)의 각 부분(예를 들어, 구멍(Wa, Wb, Wc))의 설계값(a~d)은, 워크 원점(P1)을 기준으로 한 직교3축(X1축, Y1축, Z1축)의 워크 좌표계에 의하여 주어져 있다. 한편, 워크(W)의 하나의 단면(예를 들어, X1축을 따른 단면(Wx))을 기준면이라고 부른다. 한편, 공작기계(100)에는, 원점(기계원점(P0))을 기준으로 하여 기계 고유의 좌표계인 직교3축(X축, Y축, Z축)의 기계 좌표계가 설정되어 있다.

워크 모델(M1)의 기준점(워크 모델 원점(PM1))은 워크 원점(P1)에 대응한 점이고, 기계좌표계에서의 워크 모델 원점(PM1)의 좌표 데이터(DPM1)는 설계 데이터에 의하여 얻어진다. 워크(W)의 기준면(Wx)에 대응한 워크 모델(M1)의 기준면(M1x)은 기계좌표계의 X축과 평행하다. 이에 대하여, 실제 워크(W)의 기준면은 X축과 평행한 것으로 한정되지 않으며, 도 3에서는 X축에서 각도(θ)만큼 벗어나 있다. 따라서, 워크 좌표계의 기계좌표계로부터의 이탈량, 즉 기계좌표계에서의 워크 원점(P1)의 좌표 데이터(DP1)(원점 위치 이탈량)와, 기준면(Wx)의 각도(θ)(각도 이탈량)를 파악하면, 기계좌표계에서의 워크 위치를 특정할 수 있다. 한편, 다음에서는 워크 좌표계의 기계좌표계로부터의 이탈량을 워크 원점 오프셋량이라고 한다. 워크 원점 오프셋량은 원점 위치 이탈량(DP1)과 각도 이탈량(θ)을 포함한다. 이들 워크 원점 오프셋량, 원점 위치 이탈량(DP1), 각도 이탈량(θ)이 워크 좌표계에 관한 파라미터이다.

도 2에 나타내는 바와 같이 공작기계(100)는 워크 설치면(4)에 설치된 워크(W)의 위치, 즉 워크 원점 오프셋량을 측정하는 워크 측정부(100a)를 가진다. 워크 측정부(100a)는, 예를 들어 주축(105)에 장착 가능한 접촉식 프로브에 의하여 구성할 수 있다. 워크 원점 오프셋량의 측정은, 워크 설치면(4)에 워크(W)를 설치한 후, 워크 가공 전에 행해진다.

워크 원점 오프셋량을 측정하는 경우, 우선 평행 맞추기, 즉 워크(W)의 기준면(Wx)(도 3)이 X축과 평행해지도록 워크(W)를 회전 테이블(104)마다 C축방향으로 회전시킨다. 이때의 회전량은 서보모터의 회전량을 검출하는 회전량 검출기로부터의 신호에 의하여 산출할 수 있고, 이것에 의하여 각도 이탈량(θ)이 구해진다. 이어서, 예를 들어 주축(105)에 접촉식 프로브를 설치하고, 주축(105)을 워크(W)에 대하여 상대이동시키며, 접촉식 프로브의 선단을 워크 원점(P1)을 포함하는 2면에 맞닿게 한다. 이때의 주축(105)의 위치는, 서보모터의 회전량을 검출하는 회전량 검출기로부터의 신호에 의하여 산출할 수 있고, 이에 따라 원점 위치 이탈량(DP1)이 구해진다.

이상과 같이 하여 구해진 원점 위치 이탈량(DP1)과 각도 이탈량(θ)은, 워크 원점 오프셋량으로서 도 2의 NC장치(30)의 워크 원점 오프셋량 기억부(31)에 기억된다. 한편, 워크 원점(P1)의 좌표 데이터(DP1)를 먼저 구하고, 그 후에 기준면(Wx)이 X축과 평행해지도록 워크(W)를 회전시켜 회전량(θ)을 구하도록 하여도 좋다.

모델 수정부(13)에는 NC장치(30)로부터 소정의 타이밍으로 위치맞춤신호(S2)가 출력된다. 위치맞춤신호(S2)는, 예를 들어 공작기계(100)의 동작개시지령과 동시에 출력된다. 또는, 가공 프로그램(PR) 중에 M코드로 미리 지령해 두고, 그 M코드를 판독하였을 때에 출력된다. 한편, 워크 위치의 측정 후, 워크 원점 오프셋 기억부(31)에 워크 원점 오프셋량(DP1, θ)이 기억되었을 때, 위치맞춤신호(S2)를 자동적으로 출력하도록 하여도 좋다. 워크 위치의 측정 후, 도시하지 않은 조작 패널을 오퍼레이터가 조작하고, 위치맞춤신호(S2)를 출력하도록 하여도 좋다. 또한, 팔레트(2)를 기계 밖의 팔레트 스토커(미도시)와의 사이에서 자동 팔레트 교환하였을 때, 위치맞춤신호(S2)를 출력하도록 하여도 좋다. 그 때에는, 외부 수순에 의하여 미리 워크 원점 오프셋량(DP1, θ)이 측정되어 있을 필요가 있다.

모델 수정부(13)에 위치맞춤지령(S2)이 출력되면, 모델 수정부(13)는 워크 원점 오프셋량(DP1, θ)에 근거하여 공작기계 모델(MA)을 수정한다. 이 경우, 우선 모델 설정부(12)에 설정된 공작기계 모델(MA)과, 워크 원점 오프셋량 기억부(31)에 기억된 워크 원점 오프셋량(DP1, θ)을 판독한다. 그리고, 워크 원점(P1)과 워크 모델 원점(PM1)의 위치 이탈량(좌표 데이터(DP1, DPM1)의 차이)만큼 워크 모델(M1)을 평행 이동시키고, 더욱이 각도(-θ)만큼 워크 모델(M1)을 C축방향으로 회전시킨다. 이때, 워크 모델(M1)과 설치구 모델(M2)을 일체로 하여, 설치구 모델(M2)도 평행이동 및 회전시킨다. 이에 따라 공작기계 모델(MA)의 데이터가 갱신된다.

간섭 체크부(14)는 모델 수정부(13)로부터 수정 후의 공작기계 모델(MA')을 판독하는 동시에, NC장치(30)로부터 가공 프로그램(PR)에 근거한 이동지령(S1)을 판독한다. 이동지령(S1)의 판독은, 공작기계(100)에 이동지령(S1)이 출력되기 전에 행해진다. 즉, 간섭 체크부(14)는 소정시간(t)(예를 들어, 수ms)만큼 빠르게 그 이동지령(S1)을 먼저 읽는다. 그리고, 이동지령(S1)에 따라서 공작기계 모델(MA')의 각 형상 모델(M)을 동작시키고, 실제 동작보다 소정시간(t) 선행한 동작을 시뮬레이션한다. 이에 따라, 각각의 형상 모델(M)끼리 교차부가 존재하는지 아닌지, 즉 각 요소간 간섭의 유무를 판정한다.

간섭 체크부(14)는 각 요소가 간섭한다고 판정하면, NC장치(30)에 정지지령(S3)을 출력한다. NC장치(30)는 정지지령(S3)이 입력되면, 공작기계(100)의 서보모터의 동작을 정지시킨다. 이에 따라, 공작기계(100)의 동작이 정지하고, 각 요소간 간섭을 미연에 방지할 수 있다. 한편, 각 요소간 간섭을 회피하는 지령이라면, 정지지령(S3) 대신에 다른 지령을 출력하여도 좋다. 예를 들어, 간섭을 피하도록 이동경로를 변경하는 지령, 또는 이동지령(S1)에 대하여 역방향으로 이동시키는 지령을 출력하여도 좋다.

본 실시형태에 따른 간섭판정장치(10)의 특징적인 동작을 보다 구체적으로 설명한다. 도 4의 (a)는 이케르(3)의 워크 설치면(4)에 설치된 워크(W)의 평면도이고, 도 4의 (b), 도 4의 (c)는, 도 4의 (a)에 대응한 워크 모델(M1)을 나타내는 평면도이다. 우선, 도 4의 (a)에 의하여 워크 원점 오프셋량의 측정순서를 설명한다.

초기상태에서는, 워크(W)는 도 4의 (a)의 실선위치에 장착되어 있다. 워크 원점 오프셋량을 측정하는 경우, 우선 워크 기준면(Wx)이 X축과 평행해지도록 팔레트(2)를 C축방향(화살표(R1) 방향)으로 회전시키고, 워크(W)를 점선위치로 이동시킨다. 이때의 팔레트 회전량(θ)(예를 들어, 90°)은 워크 원점 오프셋량 기억부(31)에 기억된다. 이어서, 접촉식 프로브를 이용하여 워크 원점(P1)(점선) 위치를 측정한다. 이때의 워크 원점(P1)의 좌표 데이터(DP1)는 워크 원점 오프셋량 기억부(31)에 기억된다. 이에 따라, 워크 원점 오프셋량이 얻어진다.

도 4의 (b)는 모델 설정부(12)에 설정된 초기의 워크 모델(M1)을 나타낸다. 한편, 도 4의 (b)에는 팔레트(2)의 모델(팔레트 모델(M3))과 이케르(3)의 모델(이케르 모델(M4))을 포함하는 공작기계 모델(MA)의 일부를 나타내고 있다. 모델 설정부(12)에서 설정된 워크 모델(M1)의 기준면(M1x)은 X축과 평행하고, 워크 모델 원점(PM1)의 좌표 데이터(DPM1)는 설계 데이터로서 모델 설정부(12)가 가지고 있다. 모델 수정부(13)는 워크 원점 오프셋량 기억부(31)로부터 워크 원점(P1)의 좌표 데이터(DP1)를 판독하고, 도 4의 (b)의 워크 모델 원점(PM1)과 도 4의 (a)의 워크(W)(점선)의 워크 원점(P1)과의 위치 이탈량만큼 워크 모델(M1)을 평행이동시킨다. 이에 따라, 워크 모델(M1)이 도 4의 (c)의 점선위치로 이동한다.

더욱이, 모델 수정부(13)는 워크 원점 오프셋량 기억부(31)로부터 각도 이탈량(θ)을 판독하고, 도 4의 (c)의 점선의 워크 모델(M1)을 C축방향으로 각도 이탈량(θ)만큼, θ와는 반대방향(R2방향)으로 회전시킨다. 이에 따라, 워크 모델(M1)이 도 4의 (c)의 실선위치로 이동한다. 이상의 수정순서에 따라, 공작기계 모델(MA)이 수정된다. 수정 후의 공작기계 모델(MA')은 실제 공작기계(100)에 일치하고 있다. 간섭 체크부(14)에서는 이러한 수정 후의 공작기계 모델(MA')을 이용하여 각 요소간 가섭의 유무를 판정하므로, 정밀하게 간섭판정을 행할 수 있다.

도 5의 (a) 내지 도 5의 (c)를 이용하여 다른 동작을 설명한다. 도 5의 (a)는 이케르(3)의 워크 설치면(4)에 기울여 설치된 워크(W)의 평면도이고, 도 5의 (b), 도 5의 (c)는, 도 5의 (a)에 대응한 워크 모델(M1)을 나타내는 평면도이다. 초기상태에서는, 워크(W)는 도면의 실선위치에 설치되어 있다. 워크 원점 오프셋량을 측정하는 경우, 우선 워크 기준면(Wx)이 X축과 평행해지도록 팔레트(2)를 C축방향(화살표(R1) 방향)으로 회전시키고, 워크(W)를 점선위치로 이동시킨다. 이어서, 접촉식 프로브를 이용하여 워크 원점(P1)(점선) 위치를 측정한다. 마지막으로, 팔레트(2)를 C축의 반대방향(R2방향)으로 회전시켜, 워크(W)를 원래의 실선위치로 되돌린다. 이상의 측정순서에 있어서, 팔레트의 회전량(θ)과 워크 원점(P1)의 좌표 데이터(DP1)는 워크 원점 오프셋량으로서 워크 원점 오프셋량 기억부(31)에 기억된다.

도 5의 (b)는 모델 설정부(12)에 설정된 초기의 워크 모델(M1)을 나타낸다. 이러한 워크 모델은 도 4의 (b)와 동일하다. 모델 수정부(13)는 워크 원점 오프셋량 기억부(31)로부터 워크 원점(P1)의 좌표 데이터(DP1)를 판독하고, 도 5의 (b)의 워크 모델 원점(PM1)과 도 5의 (a)의 워크(W)(점선)의 워크 원점(P1)의 위치 이탈량만큼 워크 모델(M1)을 평행 이동시킨다. 이에 따라, 워크 모델(M1)이 도 5의 (c)의 점선위치로 이동한다.

더욱이, 모델 수정부(13)는 워크 원점 오프셋량 기억부(31)로부터 각도 이탈량(θ)을 판독하고, 도 5의 (c)의 점선의 워크 모델(M1)을 C축방향으로 각도 이탈량(θ)만큼, θ와는 반대방향(R2방향)으로 회전시킨다. 이에 따라, 워크 모델(M1)이 도 5의 (c)의 실선위치로 이동한다. 이상의 수정순서에 따라, 공작기계 모델(MA)이 수정된다. 수정 후의 공작기계 모델(MA')은 실제 공작기계(100)에 일치하고 있어, 정밀하게 각 요소간 간섭의 유무를 판정할 수 있다.

도 6의 (a)는 회전 테이블 상에서의 워크(W)의 설치위치를 변경한 예를 나타내는 도면이고, 도 6의 (b)는 도 6의 (a)에 대응한 워크 모델(M1)을 나타내는 도면이다. 초기상태에서는, 도 6의 (a)의 점선에 나타내는 바와 같이 회전 테이블(104)의 일단부측에 설치구(5)에 의하여 워크(W)가 설치되고, 이에 대응하여, 도 6의 (b)의 점선으로 나타내는 바와 같이 워크 모델(M1) 및 설치구 모델(M2)이 이미 설정되어 있었다고 한다. 이러한 상태로부터, 도 6의 (b)의 실선으로 나타내는 바와 같이, 워크(W)의 설치위치를 회전 테이블(104)의 타단부측으로 변경한 경우, 예를 들어 다음과 같이 공작기계 모델(MA)이 수정된다.

즉, 우선 도 6의 (a)의 워크 원점(P1)(점선)으로부터 워크 원점(P1)(실선)까지의 위치 이탈량과 각도 이탈량(θ)을 측정하고, 이것을 워크 원점 오프셋량으로서 워크 원점 오프셋량 기억부(31)에 기억시킨다. 이어서, 도 6의 (b)의 워크 모델(M1)(점선)을 워크 원점 오프셋량만큼 평행이동 및 회전시킨다. 이에 따라, 도 6의 (b)의 실선의 워크 모델(M1)이 얻어지고, 공작기계 모델(MA)이 수정된다.

이러한 경우, 워크(W)와 일체로 설치구(5)가 이동하였다고 하여도, 설치구 모델(M2)도 워크 모델(M1)과 마찬가지로, 워크 원점 오프셋량만큼 평행이동 및 회전시킨다. 즉, 워크 모델(M1)과 설치구 모델(M2)의 상대위치관계를 일정하게 하고, 양 모델(M1, M2)을 일체로 이동시킨다. 이 때문에, 워크 이동에 따라서 이동한 설치구(5)와의 간섭의 유무를 판정할 수 있다.

본 실시형태에 따르면, 다음과 같은 작용효과를 나타낼 수 있다.

(1) 설정순서로서, 서로 상대이동하는 각 요소(워크(W), 주축헤드(106), 요동지지부재(114) 등)의 형상 모델(M)을 조합한 공작기계 모델(MA)을 설정하고, 측정순서로서, 워크 설치면(4)에 설치된 워크(W)의 위치(워크 원점 오프셋량)를 측정하며, 워크 원점 오프셋량 기억부(31)에 기억하도록 하였다. 더욱이, 수정순서로서, 이러한 워크 원점 오프셋량에 근거하여, 워크 모델(M1)을 포함하는 공작기계 모델(MA)을 수정하고, 판정순서로서, 수정 후의 공작기계 모델(MA')에 근거하여 각 요소간 간섭의 유무를 판정하도록 하였다. 이에 따라, 공작기계 모델(MA)을 실제 워크 위치에 맞추어 수정한 공작기계 모델(MA')을 이용하여 간섭의 유무를 판정하므로, 각 요소간 간섭의 유무를 정밀하게 판정할 수 있다. 또한, 간섭판정을 위하여 실제 워크(W)의 위치를 간섭판정장치(10)에 일부러 입력하지 않고, 그 워크(W)의 가공을 위하여 NC장치(30)가 가지는 워크 원점 오프셋량을 이용하여 워크 모델(M1)을 포함하는 공작기계 모델(MA)을 자동수정하므로, 수고를 필요로 하지 않고, 신속하게 간섭의 유무를 판정할 수 있다.

(2) 기계좌표계에서의 워크 원점(P1)의 좌표를 측정함으로써, 워크 설치면(4)에 설치된 워크(W)의 위치(워크 원점(P1))와, 미리 모델 설정부(12)에 설정한 공작기계 모델(MA) 상의 워크 위치(워크 모델 원점(PM1))와의 위치 이탈량을 측정하였다. 그리고, 이 위치 이탈량만큼 설정부(12)에서 설정한 워크 모델(M1)을 평행이동시키도록 하였다. 이와 같이 종전의 워크 모델(M1)의 위치를 어긋나게 하여 공작기계 모델(MA)을 수정하는 경우, 공작기계 모델(MA)의 수정 수고가 최소한이 된다. 따라서, 공작기계 모델(MA)을 하나부터 다시 작성할 필요가 없어, 공작기계 모델(MA)의 수정이 용이하다.

(3) 워크 설치면(4)에 설치된 워크(W)의 설치각도와 모델 설정부(12)에서 설정한 워크 모델(M1)의 각도와의 이탈량, 즉 워크 기준면(Wx)의 X축으로부터의 각도 이탈량(θ)을 측정하고, 그 각도 이탈량(θ)만큼 워크 모델(M1)을 회전 이동시키도록 하였다. 이에 따라, 워크(W)가 기울여 설치되어 있는 경우이어도, 워크 모델(M1)을 실제 위치에 맞출 수 있어, 정밀하고 효율적으로 간섭의 유무를 판정할 수 있다.

(4) 워크 모델(M1)의 위치를 수정하는 경우, 워크 모델(M1)과 함께 워크 설치구(M2)의 위치도 수정하므로, 워크 설치구(5)의 실제 위치를 고려하여 간섭의 유무를 판정할 수 있어, 워크 설치구(5)와 다른 요소와의 간섭을 방지할 수 있다.

(5) 가공 프로그램(PR)에 따른 공작기계의 동작 중에, 간섭 체크부(14)에서 가공 프로그램(PR)의 이동지령(S1)을 공작기계(100)보다 먼저 읽고 각 요소가 간섭하는지 아닌지를 판정하므로, 각 요소간의 간섭을 미연에 방지할 수 있다. 또한, 공작기계(100)의 동작을 진행시키면서 간섭판정을 행하므로, 작업효율의 저하를 방지할 수 있다. 즉, 간섭 체크부(14)에서의 간섭의 유무의 시뮬레이션을 모두 종료한 후, 공작기계(100)의 동작을 개시하면, 공작기계(100)에 워크를 설치하였음에도 불구하고, 공작기계(100)을 동작시킬 수 없는 시간(로스 시간)이 발생하여, 작업효율의 저하를 초래한다. 이러한 점, 본 실시형태에서는, 공작기계(100)를 동작시키면서 간섭의 유무를 판정하므로, 로스 시간이 발생하지 않아, 효율적으로 작업을 행할 수 있다. 한편, 작업효율을 우선하지 않는다면, 간섭 체크부(14)에서의 간섭의 유무의 시뮬레이션을 모두 종료한 후, 공작기계(100)의 동작을 개시하도록 하여도 좋다.

한편, 상기 실시형태에서는, 워크(W)의 위치 이탈량과 각도 이탈량의 워크 원점 오프셋량으로서 워크 원점 오프셋량 기억부(31)에 기억시키도록 하였는데, 미리 워크 기준면(Wx)이 기계좌표계(예를 들어, X축)와 평행해지도록 워크(W)를 설치하고 있는 경우, 각도의 이탈이 없는 것으로 하여, 위치 이탈량만을 측정하고, 워크 원점 오프셋량 기억부(31)에 기억시키도록 하여도 좋다. 또는, 워크 원점(P1)을 워크 모델 원점(PM1)에 일치시켜서 워크(W)를 설치하고 있는 경우, 위치 이탈이 없는 것으로 하여, 각도 이탈량만을 측정하고, 워크 원점 오프셋량 기억부(31)에 기억하도록 하여도 좋다. 즉, 본 발명에서 워크(W)를 측정한다는 것은, 위치 이탈량과 각도 이탈량 양쪽을 측정하는 경우뿐만 아니라, 어느 한쪽만 측정하는 경우도 포함한다. 워크(W)의 위치뿐만 아니라, 설치구(5)의 위치도 측정하고, 그 측정결과에 따라서 설치구 모델(M2)의 위치를 수정하도록 하여도 좋다. 공작기계(100)에 워크 측정부(100a)를 설치하도록 하였는데, 공작기계(100)와는 별도로 워크 측정부를 설치하여도 좋다.

상기 실시형태에서는, 공작기계(100)로서 5축 머시닝센터를 이용하였는데, 본 발명은 다른 공작기계에도 마찬가지로 적용할 수 있다. 이케르(3)의 워크 설치면(4)에 워크(W)를 설치하도록 하였는데, 워크 설치부의 구성은 이것으로 한정되지 않는다. 워크 모델(M1)을 포함하는 각 요소의 형상 모델(M)을 조합한 공작기계 모델(MA)을 설정하는 것이라면, 설정부로서의 모델 설정부(12)의 구성은 어떠한 것이어도 좋다. NC장치(30) 내의 워크 원점 오프셋량 기억부(31)에 의하여, 미리 측정된 워크(W)의 위치를 기억하도록 하였는데, 기억부를 NC장치(30) 이외(예를 들어, 간섭판정장치(10))에 설치하여도 좋다. 워크 원점 오프셋량 기억부(31)에 기억된 워크 위치(워크 원점 오프셋량)에 근거하여, 워크 모델(M1)을 평행이동 또는 회전시킴으로써 공작기계 모델(MA)을 수정하도록 하였는데, 수정부로서의 모델 수정부(13)의 구성은 이것으로 한정되지 않는다. 수정된 공작기계 모델(MA')에 근거하여 각 요소간 간섭의 유무를 판정하는 것이라면, 판정부로서의 판정 체크부(14)의 구성은 어떠한 것이어도 좋다.

본 발명에 따르면, 미리 측정한 워크 위치에 근거하여 공작기계 모델을 수정하고, 각 요소간 간섭의 유무를 판정하도록 하였으므로, 각 요소간 간섭의 유무를 정밀하게 판정할 수 있다.

4: 워크 설치면
5: 설치구
10: 간섭판정장치
12: 모델 설정부
13: 모델 수정부
14: 간섭 체크부
31: 워크 원점 오프셋량 기억부
100: 공작기계
100a: 워크 측정부
M: 형상 모델
M1: 워크 모델
M2: 설치구 모델
MA, MA': 공작기계 모델
W: 워크

Claims

공작기계를 가공 프로그램에 따라서 동작시킬 때의 상기 공작기계의 각 요소간 간섭의 유무를 판정하는 공작기계의 간섭판정방법으로서,
워크에 대응한 워크 모델을 포함하는 상기 각 요소의 형상 모델을 조합한 공작기계 모델을 설정하는 설정순서와,
워크 설치부에 설치된 상기 워크를 측정하고, 상기 워크 설치부에 설치된 상기 워크의 워크 좌표계에 관한 파라미터와, 미리 상기 설정순서에서 설정한 상기 공작기계 모델 상의 워크의 워크 좌표계에 관한 파라미터의 이탈량을 구하는 측정순서와,
상기 측정순서에서 구한 상기 워크 좌표계에 관한 파라미터를 소정의 타이밍으로 취득하여, 상기 측정순서에서 구한 이탈량만큼, 상기 설정순서에서 설정한 워크 모델을 평행이동 또는 회전이동시키는 수정을 하는 수정순서와,
상기 수정순서에서 수정한 상기 공작기계 모델에 근거하여 상기 각 요소간 간섭의 유무를 판정하는 판정순서를 포함하는 공작기계의 간섭판정방법.
제 1 항에 있어서,
상기 수정순서에서는, 상기 워크 좌표계에 관한 파라미터를 가공 프로그램의 기동과 동시, 가공 프로그램 내의 소정의 M코드를 판독하였을 때, 상기 워크 좌표계에 관한 파라미터의 측정순서가 종료되었을 때, 팔레트 교환시, 또는 조작 플레이트의 스위치가 켜졌을 때에 취득하도록 한 공작기계의 간섭판정방법.
삭제
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 공작기계 모델은, 상기 워크를 고정하기 위한 설치구에 대응한 설치구 모델을 포함하고,
상기 수정순서에서는, 상기 워크 모델과 상기 설치구 모델의 위치관계를 일정하게 하면서 상기 워크 모델과 상기 설치구 모델의 위치를 수정하는 공작기계의 간섭판정방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 판정순서에서는, 상기 가공 프로그램에 따른 공작기계의 동작 중에, 상기 가공 프로그램을 먼저 읽고 상기 각 요소가 간섭하는지 아닌지를 판정하며, 상기 각 요소가 간섭한다고 판정하면, 그 간섭을 회피하도록 상기 공작기계를 동작시키는 공작기계의 간섭판정방법.
공작기계를 가공 프로그램에 따라서 동작시킬 때의 상기 공작기계의 각 요소간 간섭의 유무를 판정하는 공작기계의 간섭판정장치로서,
워크에 대응한 워크 모델을 포함하는 상기 각 요소의 형상 모델을 조합한 공작기계 모델을 설정하는 설정부와,
워크 설치부에 설치된 상기 워크를 측정하고, 상기 워크 설치부에 설치된 상기 워크의 워크 좌표계에 관한 파라미터와, 미리 상기 설정부에서 설정한 상기 공작기계 모델 상의 워크의 워크 좌표계에 관한 파라미터의 이탈량을 구하는 측정부와,
상기 공작기계의 상기 워크의 좌표계에 관한 파라미터를 소정의 타이밍으로 취득하고, 상기 측정부에서 구한 상기 이탈량만큼, 상기 설정부에서 설정된 워크 모텔을 평행이동 또는 회전이동시키는 수정을 하는 수정부와,
상기 수정부에서 수정된 상기 공작기계 모델에 근거하여 상기 각 요소간 간섭의 유무를 판정하는 판정부를 포함하는 공작기계의 간섭판정장치.