KR101791559B1 - Cnc 기기의 좌표 설정을 위한 영상전송장치 - Google Patents

Cnc 기기의 좌표 설정을 위한 영상전송장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 CNC 기기의 좌표 설정을 위한 영상전송장치에 대한 것이다.
본 발명에 따른 CNC 기기의 좌표 설정을 위한 영상전송장치는 공작물을 촬영하여 영상을 생성하는 카메라와, 이격된 디스플레이 화면 중앙에 원점 좌표가 표시되도록 상기 카메라로부터 생성된 영상에 원점 좌표 표시를 중첩하는 영상처리부와, 상기 원점 좌표 표시가 중첩된 영상을 CNC 제어 장치에 전송하는 통신부 및 상기 카메라 및 통신부에 전원을 공급하기 위한 전원부를 포함한다.
본 발명에 따르면, CNC(Computerized Numerical Control)기기의 척(Chuck)에 장착되어 카메라를 통해 공작물에 직각의 방향, 드릴날의 방향과 같은 라인선상의 영상을 확인할 수 있어 작업 시 CNC 설정 시간의 단축과 공작물의 작업대상 좌표를 오차 없이 설정할 수 있어 제품의 품질을 높일 수 있고 이로 인해 전체 작업공정의 시간의 비용을 절약할 수 있는 효과가 있다.

Description

CNC 기기의 좌표 설정을 위한 영상전송장치{IMAGE TRANSMISSION APPARATUS FOR COORDINATE POSITIONING OF COMPUTERIZED NUMERICAL CONTROL DEVICE}
본 발명은 CNC 기기의 좌표 설정을 위한 영상전송장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 CNC(Computerized Numerical Control)기기의 척(Chuck)에 장착되어 공작가공물의 가공 위치를 촬영하여 무선 전송하는 CNC 기기의 좌표 설정을 위한 영상전송장치에 관한 것이다.
기계장치 및 생활용품의 개발 및 생산에 필수적으로 필요한 CNC 기기는 사회 전반에 보급되고, 1차 산업 전반에 걸쳐 기본적으로 사용되고 있다. 이러한 고가의 CNC 기기는 지속적으로 발전하고 기능이 개선되고 있으나, 작업공정상 다른 작업에 연속하여 해당 작업이 진행되거나 작업 중 공작대상을 옮기거나 CNC 스핀들을 옮겨야 할 경우가 생긴다. 이때 작업자는 CNC의 하단에 설치된 스핀들 또는 드릴날의 위치를 수시로 변경하거나 세팅하여 사용하게 된다.
이 경우 사용자가 CNC 기기의 스핀들이나 드릴날 근처까지 접근시켜, 원점 또는 원하는 좌표를 세팅해야 하므로 매우 위험하고, 정확한 위치를 선택하지 못하거나 오차 발생시 공작물은 폐기되거나 품질은 저하되게 된다.
상기의 문제점을 보완하기 위하여 접점식 원점좌표 측정기 또는 레이저 좌표 가이드 같은 제품이 개발되었으나, 원점측정기기의 경우 공작대상물의 입체표면의 경사 및 홀, 돌기 등의 상태에 따라 정확한 검출이 어렵고, 레이저의 경우 난반사 등으로 검출의 오차가 심하거나, 검출이 불가능한 문제점이 발생하게 된다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2002-0006848호(2002. 01. 26. 공개)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 CNC(Computerized Numerical Control)기기의 척(Chuck)에 장착되어 공작가공물의 가공 위치를 촬영하여 무선 전송하는 CNC 기기의 좌표 설정을 위한 영상전송장치를 제공하는 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따른 CNC 기기의 좌표 설정을 위한 영상전송장치는, CNC(Computerized Numerical Control) 기기의 척(Chuck)에 교체 장착되고, 공작물을 촬영하여 영상을 생성하는 카메라; 이격된 디스플레이 화면 중앙에 원점 좌표가 표시되도록 상기 카메라로부터 생성된 영상에 원점 좌표 표시를 중첩하는 영상처리부; 상기 원점 좌표 표시가 중첩된 영상을 CNC 제어 장치에 전송하는 통신부; 및 상기 카메라 및 통신부에 전원을 공급하기 위한 전원부를 포함한다.
또한, 상기 척에 삽입 및 장착 가능한 구조로 형성되어 상기 척에 삽입 및 장착될 수 있다.
또한, 상기 카메라는, 상기 공작물로부터 수직 방향으로 이격되어 상기 공작물을 촬영할 수 있다.
또한, 상기 영상처리부는, 하단에 위치하는 상기 공작물과 상기 카메라 사이의 이격된 거리를 측정할 수 있다.
또한, 상기 통신부는, 근거리 통신 또는 Wi-Fi 통신을 통하여 상기 CNC 제어 장치와 무선 통신할 수 있다.
또한, 내구성을 지닌 재질로 형성되되, 상기 통신부는 비금속 재질로 형성될 수 있다.
또한, 상기 전원부는, 리튬폴리머 또는 리튬이온과 같이 충전 가능한 배터리를 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 CNC 기기의 좌표 설정을 위한 영상전송장치는 CNC(Computerized Numerical Control)기기의 척(Chuck)에 장착되어 카메라를 통해 공작물에 직각의 방향, 드릴날의 방향과 같은 라인선상의 영상을 확인할 수 있어 작업 시 CNC 설정 시간의 단축과 공작물의 작업대상 좌표를 오차 없이 설정할 수 있어 제품의 품질을 높일 수 있고 이로 인해 전체 작업공정의 시간의 비용을 절약할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 다수의 상용 CNC 기기에 장착 가능한 크기 및 형상으로 제작되어, 사용자가 CNC의 변형 및 추가 장비 장착 등의 추가 비용 없이도 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은 무선데이터 전송과 내장 배터리를 전원으로 사용하여 외부로 연결되는 유선 케이블이 없어, CNC 기기의 조작 및 공작물 등의 영향을 미치지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 CNC 기기의 좌표 설정 시스템을 나타낸 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 영상전송장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 영상전송장치가 CNC 기기에서 교체 장착되는 것을 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 CNC 기기의 좌표 설정 방법의 동작 흐름을 도시한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 CNC 기기의 좌표 설정 시스템의 구성예시도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 CNC 기기의 좌표 설정 방법에서 공작 대상 영역의 중심에 대응하는 좌표 연산 과정을 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 CNC 기기의 좌표 설정을 위한 영상전송장치를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
먼저, 도 1 내지 도 3을 통해 본 발명의 실시예에 따른 CNC(Computerized Numerical Control) 기기의 좌표 설정 시스템에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 CNC 기기의 좌표 설정 시스템을 나타낸 블록구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 CNC 기기의 좌표 설정 시스템에서 영상전송장치의 구성을 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 CNC 기기의 좌표 설정 시스템에서 영상전송장치가 CNC 기기에서 교체 장착되는 것을 나타낸 단면도이다.
도 1에서와 같이 본 발명의 실시예에 따른 CNC 기기의 좌표 설정 시스템은, 영상전송장치(100), CNC 제어장치(200), CNC 기기(300) 및 모니터(400) 또는 사용자 단말기(500)를 포함한다.
먼저, 영상전송장치(100)는 도 2 및 도 3에서와 같이, 척(Chuck, 310)에 삽입 및 장착 가능한 구조 및 크기로 형성되어 공구(320)와 교체 삽입 및 장착될 수 있으며, 카메라(110), 영상처리부(120), 제1통신부(130), 전원부(140) 및 결합부(150)를 포함한다.
따라서, 영상전송장치(100)는 척(310)에 삽입 및 장착 시 압력을 견딜 수 있는 금속 또는 플라스틱과 같이 내구성을 지닌 재질로 형성되되, 제1통신부(130)가 위치하는 표면은 비금속 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
이때, 카메라(110)는 HD급 이상의 해상도를 지니며, 하단에 위치하는 공작물(600)을 촬영하여 영상을 생성한다.
또한, 영상처리부(120)는 디스플레이 화면, 즉 모니터(400) 또는 사용자 단말기(500) 화면의 중앙에 원점 좌표가 표시되도록 카메라(110)로부터 생성된 영상에 원점 좌표 표시를 중첩하고, 하단에 위치하는 공작물(600)과 카메라(110) 사이의 이격된 거리를 측정한다.
즉, 영상처리부(120)는 디스플레이 화면에 열십자(+) 또는 동심원(◎)등의 GUI화면을 표시되도록 카메라(110)로부터 생성된 영상에 원점 좌표 표시를 중첩하고, 카메라(110)로부터 생성된 영상의 크기를 인식하여 디지털 신호처리를 통해 공작물(600)로부터 이격된 거리를 측정한다.
또한, 제1통신부(130)는 원점 좌표 표시가 중첩된 영상을 알에프아이디(RFID), 블루투스(BlueTooth), 지그비(Zigbee), 적외선(IR) 등의 근거리 무선 통신(Near Field Communication) 또는 Wi-Fi 통신을 통하여 CNC 제어 장치(200)에 전송한다.
따라서, 영상처리부(120) 내부로 WiFi 신호의 무선전송을 위해 비금속 재질로 형성된 Wi-Fi 안테나(미도시)가 구비될 수도 있다.
또한, 전원부(140)는 리튬폴리머 또는 리튬이온과 같이 충전 가능한 내장 배터리가 구비되어 충전된 전원을 통해 카메라(110)가 구동되며, 내장 배터리는 영상전송장치(100)의 외부로 구현되는 충전단자(160)를 통해 스마트폰 등의 충전기를 통해 충전될 수 있다.
또한, 결합부(150)는 척(310)의 내부로 삽입되어 척(310)에 의해 고정된다.
그리고, CNC 제어장치(200)는 제2통신부(210) 및 제어부(230)를 포함한다.
이때, 제2통신부(210)는 영상전송장치(100)로부터 원점 좌표 표시가 중첩된 영상을 수신한다.
또한, 제어부(230)는 영상전송장치(100)로부터 영상을 수신하여 수신된 영상이 디스플레이 화면, 즉 모니터(400) 또는 사용자 단말기(500)를 통해 표시되도록 한다.
이때, 제어부(230)는 영상전송장치(100)로부터 수신된 영상을 주변 AP(미도시)를 통하여 원격지에서 모니터링 할 수도 있다.
또한, 제어부(230)는 카메라(110)를 통해 공작물(600)의 기 설정된 공작 대상 영역이 촬영되면, 촬영된 영상을 참고하여 원점 좌표의 원점이 공작 대상 영역의 중심과 일치하는 위치로 영상전송장치(100)가 장착된 척(310)을 이동시키기 위한 구동 신호를 생성한다.
이를 자세히 설명하자면, 영상전송장치(100)가 장착된 척(310)을 이동시켜 공작 대상 영역이 촬영되면, 제어부(230)는 척(310)을 상하좌우전후로 이동시켜 카메라(110)를 통해 공작 대상 영역으로부터 가장 근접한 위치에 해당하는 공작물(600)의 모서리가 촬영되도록 하고, 가장 근접한 모서리로부터 이격된 상대 좌표를 통해 공작 대상 영역의 중심에 대응하는 좌표를 연산하고 연산된 좌표로 공구(320)가 장착된 척(310)을 이동시키기 위한 구동 신호를 생성하여 CNC 기기(300)에 전송한다.
이때, 제어부(230)는 고속의 영상처리(DSP, Digital Signal Process)를 통해 실시간으로 공작물(600)의 형태를 파악하고, 공작물(600)과의 거리 파악, 척(310)의 이동을 통한 모서리 검출 등의 영상처리를 통해 공작 대상 영역의 중심에 대응하는 좌표를 연산할 수도 있다. 즉, 라플라스 변환(Laplace transform), DCT(Laplace transform) 등의 다양한 공식 및 처리 프로세스를 통해 영상을 분석하고, 공작물(600)의 크기와 거리 등을 분석할 수도 있다.
또한, 제어부(230)는 영상전송장치(100)로부터 측정된 공작물(600)과 카메라(110) 사이의 이격된 수직 거리로부터 공작 대상 영역의 크기를 산출하여 척(310)에 공구(320)가 교체 장착된 상태에서 공작 작업을 수행하도록 CNC 기기(300)를 제어한다.
그리고, CNC 기기(300)는, 척(310)에 영상전송장치(100)가 분리되고 공구(320)로 교체 장착된 상태에서 공구(320)가 장착된 척(310)을 이동시키기 위한 구동 신호에 따라 척(310)을 이동시켜 공작 작업을 수행한다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 CNC 기기의 좌표 설정 방법에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 CNC 기기의 좌표 설정 방법의 동작 흐름을 도시한 순서도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 CNC 기기의 좌표 설정 시스템의 구성예시도이며, 도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 CNC 기기의 좌표 설정 방법에서 공작 대상 영역의 중심에 대응하는 좌표 연산 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5에서와 같이 본 발명의 실시예에 따른 CNC 기기의 좌표 설정 방법에 따르면 먼저, CNC 기기(300)의 척(310)에 장착된 영상전송장치(100)가 카메라(110)를 통해 촬영된 공작물(600)에 대한 영상을 CNC 제어장치(200)에 전송한다(S410).
S410 단계를 자세히 설명하자면, 영상전송장치(100)가 카메라(100)를 통해 공작물(600)의 공작 대상 영역을 촬영하여 영상을 생성하고, 디스플레이 화면 즉, 모니터(400) 또는 사용자 단말기(500) 화면의 중앙에 원점 좌표가 표시되도록 카메라(110)로부터 생성된 영상에 원점 좌표 표시를 중첩하여, 원점 좌표 표시가 중첩된 영상을 CNC 제어 장치(200)에 무선 전송한다.
이때, 영상전송장치(100)는 알에프아이디(RFID), 블루투스(BlueTooth), 지그비(Zigbee), 적외선(IR) 등의 근거리 무선 통신(Near Field Communication) 또는 Wi-Fi 통신을 통하여 CNC 제어 장치(200)에 전송한다.
그 다음, CNC 제어장치(200)가 영상전송장치(100)로부터 원점 좌표 표시가 중첩된 영상을 수신하여 모니터(400) 또는 사용자 단말기(500)와 같은 디스플레이 화면을 통해 표시한다(S420).
즉, 도 5를 참고하면 알 수 있듯이 CNC 기기(300)의 좌표 설정 및 확인을 위해 CNC 기기(300)의 척(310)에 장착되는 공구(320) 대신 무선 통신 및 촬영이 가능한 영상전송장치(100)를 장착하여, 영상전송장치(100)로부터 촬영된 영상을 별도의 모니터(400) 또는 사용자 단말기(500)를 통해 공작물(600)의 가공 위치를 정확하게 검출하고 확인할 수 있고, 작업자가 CNC 기기(300) 쪽에 가까이 위치하지 않아도 촬영 영상을 실시간으로 확인할 수 있으므로 안전적인 측면에서 작업자를 보호할 수 있는 효과가 있다.
이때, 영상전송장치(100)로부터 수신된 영상을 주변 AP(미도시)를 통하여 원격지에서 모니터링 할 수도 있다.
그 다음, CNC 제어장치(200)가 영상전송장치(100)로부터 수신되는 영상을 참고하여 카메라(110)를 통해 공작물(600)의 기 설정된 공작 대상 영역이 촬영되었는지 판단한다(S430).
만약, 공작 대상 영역이 촬영되지 않으면, CNC 제어장치(200)는 공작 대상 영역이 촬영될 때까지 척(310)을 상하좌우전후로 이동시키고 S410단계로 회귀한다.
기 설정된 공작 대상 영역이 촬영되면, CNC 제어장치(200)는 카메라(110)의 촬영 위치로 척(310)을 이동시키기 위한 구동 신호를 생성하여 CNC 기기(300)에 전송한다(S440).
자세히는, CNC 제어장치(200)가 카메라(110)로부터 촬영된 영상을 참고하여 원점 좌표의 원점이 공작 대상 영역의 중심과 일치하는 위치로 영상전송장치(100)가 장착된 척을 이동시키기 위한 구동 신호를 생성한다.
도 6a 및 도 6b를 참고하여 S440단계를 자세히 설명하자면, 영상전송장치(100)가 장착된 척(310)을 이동시켜 공작 대상 영역(a)이 촬영되면, 제어부(230)는 척(310)을 상하좌우전후로 이동시켜 공작 대상 영역으로부터 가장 근접한 위치에 해당하는 공작물(600)의 모서리(b)가 촬영되도록 하고, 가장 근접한 모서리(b)로부터 이격된 상대 좌표를 통해 공작 대상 영역(a)의 중심에 대응하는 좌표(c)를 연산하고 연산된 좌표(c)로 공구(320)가 장착된 척(310)을 이동시키기 위한 구동 신호를 생성하여 CNC 기기(300)에 전송한다.
또한, CNC 제어장치(200)는 영상전송장치(100)로부터 측정된 공작물(600)과 카메라(110) 사이의 이격된 수직 거리로부터 공작 대상 영역의 크기를 산출하여 척(310)에 공구(320)가 교체 장착된 상태에서 공작 작업을 수행하도록 CNC 기기(300)를 제어한다.
그 다음, 척(310)에 장착된 영상전송장치(100)를 분리하여 공구(320)로 교체 장착되면(S450), CNC 기기(300)가 연산된 좌표로 공구(320)가 장착된 척(310)을 이동시키기 위한 구동 신호에 따라 척(310)을 이동시켜 공작 작업을 수행한다(S460).
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 CNC 기기의 좌표 설정을 위한 영상전송장치는 CNC(Computerized Numerical Control)기기의 척(Chuck)에 장착되어 카메라를 통해 공작물에 직각의 방향, 드릴날의 방향과 같은 라인선상의 영상을 확인할 수 있어 작업 시 CNC 설정 시간의 단축과 공작물의 작업대상 좌표를 오차 없이 설정할 수 있어 제품의 품질을 높일 수 있고 이로 인해 전체 작업공정의 시간의 비용을 절약할 수 있는 효과가 있다.
또한, 다수의 상용 CNC 기기에 장착 가능한 크기 및 형상으로 제작되어, 사용자가 CNC의 변형 및 추가 장비 장착 등의 추가 비용 없이도 사용할 수 있다.
또한, 무선데이터 전송과 내장 배터리를 전원으로 사용하여 외부로 연결되는 유선 케이블이 없어, CNC 기기의 조작 및 공작물 등의 영향을 미치지 않는다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100 : 영상전송장치 110 : 카메라
120 : 영상처리부 130 : 제1통신부
140 : 전원부 150 : 결합부
200: CNC 제어장치 210 : 제2통신부
230 : 제어부 300 : CNC 기기
310 : 척 320 : 공구
400 : 모니터 500 : 사용자 단말기
600 : 공작물

Claims (7)

  1. CNC(Computerized Numerical Control) 기기의 척(Chuck)에 교체 장착되는 영상전송장치에 있어서,
    공작물을 촬영하여 영상을 생성하는 카메라;
    비금속 재질로 형성된 Wi-Fi 안테나가 내부로 구비되고, 이격된 디스플레이 화면 중앙에 원점 좌표가 표시되도록 상기 카메라로부터 생성된 영상에 원점 좌표 표시를 중첩하며, 상기 카메라로부터 생성된 영상의 크기를 인식하여 디지털 신호처리를 통해 하단에 위치하는 상기 공작물과 상기 카메라 사이의 이격된 거리를 측정하는 영상처리부;
    상기 원점 좌표 표시가 중첩된 영상을 CNC 제어 장치에 전송하는 통신부; 및
    상기 카메라 및 통신부에 전원을 공급하기 위한 전원부를 포함하고,
    상기 척에 삽입 및 장착 가능한 구조로 형성되어 상기 척에 삽입 및 장착되고, 내구성을 지닌 재질로 형성되되, 상기 통신부는 비금속 재질로 형성되는 CNC 기기의 좌표 설정을 위한 영상전송장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 카메라는,
    상기 공작물로부터 수직 방향으로 이격되어 상기 공작물을 촬영하는 CNC 기기의 좌표 설정을 위한 영상전송장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 통신부는,
    근거리 통신 또는 Wi-Fi 통신을 통하여 상기 CNC 제어 장치와 무선 통신하는 CNC 기기의 좌표 설정을 위한 영상전송장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전원부는,
    리튬폴리머 또는 리튬이온과 같이 충전 가능한 배터리를 구비하는 CNC 기기의 좌표 설정을 위한 영상전송장치.
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