KR101856198B1 - 공구 교환 제어 장치 및 그 방법 - Google Patents

공구 교환 제어 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공구 교환 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 2축 터렛 장비의 가공 과정에서 공구 교환 시 사용자가 공구 교환을 위해 터렛의 위치를 임의로 옮기거나 제2 원점 복귀를 이용하여 터렛을 이동함으로 인해 발생하는 불필요한 시간을 줄이고 공구 교환 과정에서 발생할 수 있는 충돌을 피할 수 있는 공구 교환 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명은 공구 교환 지령에 따라 터렛의 회전 방향을 확인하고, 현재 공구와 교환될 공구 사이에 위치한 하나 이상의 공구를 확인하는 공구 정보 분석부(192); 상기 공구 정보 분석부(192)에서 확인된 하나 이상의 공구에 대한 옵셋 및 맵핑 데이터를 이용하여 상기 현재 공구의 옵셋량과 상기 확인된 하나 이상의 공구의 옵셋량 간의 차이를 계산하여 모재와 가장 근접한 공구를 선택하는 데이터 비교부(194); 및 상기 데이터 비교부(194)에서 선택된 공구의 끝점 위치 좌표와 상기 모재의 최외각 위치 좌표를 이용하여 상기 모재와 충돌되지 않도록 공구 교환 가능한 이송 위치량을 산출하는 위치 해석부(196)를 포함함에 기술적 특징이 있다.

Description

공구 교환 제어 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING TOOL CHANGER IN NUMERICAL CONTROL}
본 발명은 공구 교환 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 2축 터렛 장비의 가공 과정에서 공구 교환 시 사용자가 공구 교환을 위해 터렛의 위치를 임의로 옮기거나 제2 원점 복귀를 이용하여 터렛을 이동함으로 인해 발생하는 불필요한 시간을 줄이고 공구 교환 과정에서 발생할 수 있는 충돌을 피할 수 있는 공구 교환 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
공작 기계를 이용한 제품 생산은 대부분이 대량 생산을 위주로 하고 있다. 특히, 2축 터렛 장비는 대량 생산의 경우, 공구 교환 과정에서 사용자가 공구 교환을 위해 터렛의 위치를 임의로 옮기거나, 제2 원점 복귀를 이용하여 터렛을 이동하고 있다. 사용자가 공구 교환 과정에서 직관적으로 터렛을 이송하여 공구와 모재 사이에 충돌이 발생할 가능성이 크다. 이 과정에서 공구와 모재 사이에 충돌이 발생할 가능성이 크다. 사용자가 충돌을 피하기 위해 필요 이상으로 터렛을 이송하여 필요 없는 시간이 소모되는 문제점이 있었다. 이와 같이, 공구 교환 과정에서의 충돌 회피를 위해서는 충돌 방지 기능이 절실히 필요한 상황이다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 공구 교환 과정에서 공구가 모재와 충돌하지 않는 최소 이송거리를 계산해 내어 공구 교환 시 사용자가 지령하는 터렛의 위치 변경 없이 공구 교환 과정 자체에서 터렛을 계산량 만큼 이송한 뒤 공구 교환을 수행하도록 하는 공구 교환 제어 장치 및 그 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명은 공구 교환 지령에 따라 터렛의 회전 방향을 확인하고, 확인된 터렛의 회전 방향에 포함된 현재 공구와 교환될 공구 사이에 위치한 모든 공구의 번호를 획득하는 공구 정보 분석부(192); 현 터렛의 위치에서 각 공구 끝점의 위치가 각 축별로 모재와 가장 근접한 공구를 찾기 위해 상기 공구 정보 분석부(192)에서 획득한 각 공구 번호의 공구에 대한 옵셋 및 맵핑 데이터를 이용하여 상기 현재 공구의 옵셋량과 상기 확인된 하나 이상의 공구의 옵셋량 간의 차이를 계산하여 모재와 가장 근접한 공구를 선택하는 데이터 비교부(194); 및 상기 데이터 비교부(194)에서 선택된 공구의 끝점 위치 좌표와 상기 모재의 최외각 위치 좌표를 이용하여 상기 모재와 충돌되지 않도록 공구 교환 가능한 이송 위치량을 산출하는 위치 해석부(196)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명은, 옵셋 및 맵핑 데이터를 설정하고(S220), 모재의 최외각 좌표 데이터를 생성하여 모재를 가공하는 단계(S230); 공구 교환 지령에 따라 터렛의 회전 방향을 확인하고, 확인된 터렛의 회전 방향에 포함된 현재 공구와 교환될 공구 사이에 위치한 모든 공구의 번호를 획득하는 단계(S240); 현 터렛의 위치에서 각 공구 끝점의 위치가 각 축별로 모재와 가장 근접한 공구를 찾기 위해 획득한 각 공구 번호의 공구에 대한 옵셋 및 맵핑 데이터를 이용하여 상기 현재 공구의 옵셋량과 상기 확인된 하나 이상의 공구의 옵셋량 간의 차이를 계산하여 모재와 가장 근접한 공구를 선택하는 단계(S260); 상기 선택된 공구의 끝점 위치 좌표와 상기 모재의 최외각 위치 좌표를 이용하여 상기 모재와 충돌되지 않도록 공구 교환 가능한 이송 위치량을 산출하는 단계(S270); 및 상기 산출된 이송 위치량에 해당하는 공구 교환 위치로 이송하고(S280), 공구를 교환하는 단계(S290)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명의 공구 교환 제어 장치 및 그 방법은 2축 터렛 장비의 가공 과정에서 공구 교환 시 사용자가 공구 교환을 위해 터렛의 위치를 임의로 옮기거나 제2 원점 복귀를 이용하여 터렛을 이동함으로써 불필요한 시간을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 공구 교환 과정에서 발생할 수 있는 충돌을 피할 수 있는 현저하고도 유리한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 공구 교환 제어 장치가 적용된 수치 제어 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 공구 교환 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 공구 위치 계산을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 적용되는 옵셋 및 맵핑 데이터를 나타내는 도면이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 수치 제어 시스템을 나타내는 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 수치 제어 시스템은 HMI(Human Machine Interface)(110), NC(Numercal Control)(120), 이송 모터(130), 공작 기계(140), 터렛 모터(150) 및 PLC(Programmable Logic Controller)(160)를 포함한다.
상기 HMI(110)는 화면표시 프로그램 및 화면표시 선택에 따른 데이터 입력 프로그램을 포함하고, 상기 표면표시 프로그램의 출력에 따라 표시화면에 소프트웨어 스위치를 디스플레이하며, 상기 소프트웨어 스위치의 온 오프를 인식하여 기계 동작의 입출력 명령을 내리는 기능을 한다.
상기 NC(120)는 HMI(110)의 지령을 인식하고 프로그램 내용에 따라서 기계 동작 명령을 수행하고, 상기 이송 모터(130)는 상기 NC(120)의 명령에 따라 서보 모터나 스핀들 모터를 제어하는 역할을 담당한다. 또한, 상기 PLC(160)는 상기 NC(120)의 지령에 따라서 소프트웨어 스위치 입력에 따른 시퀀스 제어를 지령한다.
상기 NC(120)는 NC 지령부(170), NC 해석부(180) 및 공구 교환 제어 장치(190)를 포함하는데, 이중 상기 공구 교환 제어 장치(190)가 본 발명의 새로운 구성이다. 상기 공구 교환 제어 장치(190)는 공구 정보 분석부(192), 데이터 비교부(194) 및 위치 해석부(196)를 포함한다.
상기 공구 정보 분석부(192)는 NC 지령부(170)의 공구 교환 지령에 따라 현재 공구가 교환될 공구로 교환되기 위한 터렛의 회전 방향을 확인한다. 즉, 공구 정보 분석부(192)는 NC 지령부(170)의 공구 교환 지령 신호로부터 모재와 충돌이 발생할 가능성이 있는 공구를 찾기 위해 터렛의 전체 포트(공구 장착 홀) 수를 확인한 후, 현재 공구의 위치에서 변경해야 할 공구의 위치까지 최단거리로 회전하게 될 방향을 찾는다. 공구 정보 분석부(192)는 확인된 터렛 회전 방향에 포함된 현재 공구와 교환될 공구 사이에 위치한 하나 이상의 공구를 확인한다. 공구 정보 분석부(192)는 변경해야 할 공구까지 회전하는 중에 있는 모든 공구의 번호를 획득한다.
상기 데이터 비교부(194)는 공구 정보 분석부(192)에서 확인된 하나 이상의 공구에 대한 옵셋 및 맵핑 데이터를 이용하여 현재 공구의 옵셋량과 하나 이상의 공구의 옵셋량 간의 옵셋량 차이를 계산한다. 공구 정보 분석부(192)에 의해 취득한 각 공구 번호의 공구에 대한 옵셋 및 맵핑 데이터를 이용하여 현 터렛의 위치에서 각 공구 끝점의 위치가 각 축별로 모재와 가장 근접한 공구를 찾아낸다. 이때 모재와 근접한 공구는 각 축별로 나오기 때문에 축별로 다른 공구가 될 수 있다. 그리고 데이터 비교부(194)는 계산된 옵셋량 차이들을 비교하여 모재와 가장 근접한 공구를 선택한다. 선택된 공구는 현재 좌표값에서 공구경 보정값, 길이 보정값을 이용하여 정확한 끝점의 위치를 찾아낼 수 있다.
상기 위치 해석부(196)는 데이터 비교부(194)에서 선택된 공구의 끝점 위치 좌표와 모재의 최외각 위치 좌표를 이용하여 모재와 충돌되지 않도록 공구 교환 가능한 이송 위치량을 산출한다. 위치 해석부(196)는 데이터 비교부(194)에 의해 선택된 공구들의 끝점 위치가 절삭 가공 시 발생하는 모재의 외각 좌표의 위치 값과 비교하여 공구 끝점의 위치가 외각의 좌표값보다 모재에 가까이 있는지 확인한다. 위치 해석부(196)는 공구의 끝점의 위치가 모재에 더 가까이 있을 경우, 모재의 끝점의 위치와 가장 외각의 좌표값의 차이와 사용자가 원하는 여유량을 합하여 각 축에 이동량으로 설정한다. 이때, 절삭 가공된 모재의 가장 외각의 좌표 값을 이용하는 이유는 공구와 모재의 충돌을 방지하기 위함이다. 이때, 위치 해석부(196)는 선택된 공구에 대해 미리 설정된 이송 여유량을 반영하여 이송 위치량을 산출한다.
여기서, 위치 해석부(196)는 공구에 내경 공구가 포함되지 않은 경우, 모재의 최외각 위치 좌표값에서 현재 공구의 위치 좌표값을 감산하고 미리 설정된 이송 여유량 및 상기 선택된 공구의 옵셋량을 가산한다. 반면, 위치 해석부(196)는 공구에 내경 공구가 포함되는 경우, 모재의 원점 좌표값에서 현재 공구의 위치 좌표값을 감산하고, 미리 설정된 이송 여유량 및 상기 선택된 공구의 옵셋량을 가산한다.
도 2는 본 발명에 따른 공구 교환 제어 방법을 나타내는 흐름도이고, 도 3은 본 발명에 따른 공구 위치 계산을 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 사용자는 장비에 모재와 공구들을 장착한다(S200).
공구 교환 제어 장치(190)는 사용자가 장비를 수동으로 한 후 각 공구들의 기준점을 잡기 위해 작업 옵셋(Work offset)과 공구 옵셋을 설정한다(S210). 이때, 장착된 공구들은 동일한 기준점에 하나 이상의 공구 옵셋을 설정한다. 장착된 공구에 공구 옵셋을 설정하지 않을 경우 모재와 공구 사이에 충돌이 발생할 수 있다.
이후, 공구 교환 제어 장치(190)는 사용자로부터 공구 옵셋을 입력받아 공구에 대한 옵셋 및 맵핑 데이터를 설정한다(S220). 이를 통해, 옵셋 및 맵핑 데이터가 생성되고, 각 공구가 한 프로그램 내에서 적용하는 공구 옵셋 정보를 알 수 있도록 한다.
이후, 공구 교환 제어 장치(190)는 모재의 최외각 좌표 데이터를 생성하고, 모재는 가공이 실행된다(S230). 절삭 가공 시 외각 좌표 데이터를 생성한다.
그리고 공구 교환 제어 장치(190)는 NC(120)로부터 공구 교환 신호를 받으면, 현재 공구 번호와 교환될 공구 번호를 확인하여 터렛이 회전할 방향을 찾는다.또한, 공구 교환 제어 장치(190)는 처음 공구와 변경될 공구 그리고 변경될 공구까지 회전하는 동안 공작물을 지나가는 공구 번호들을 모두 취득한다(S240).
공구 교환 제어 장치(190)는 하나 이상의 공구에 대한 옵셋 및 맵핑 데이터를 이용하여 현재 공구의 옵셋량과 하나 이상의 공구의 옵셋량 간의 옵셋량 차이를 계산한다(S250).
공구 교환 제어 장치(190)는 계산된 옵셋량 차이들을 비교하여 모재와 가장 근접한 공구(각 축별로 모재와 가장 가까이 존재하는 공구), 즉 옵셋량의 차가 가장 작은 값인지 여부를 확인하여 가장 작은 값을 찾아낸다(S260).
여기서, 도 3을 참조하여, 각 공구의 옵셋량의 차이는 하기의 [수학식 1]로 구한다.
Figure 112011103626183-pat00001
여기서, ΔXoffset: 현재 공구와 다른 공구의 X축 offset량 차,
ΔZoffset: 현재 공구와 다른 공구의 Z축 offset량 차,
Xoffset_current : 현재 공구의 X축 offset량,
Zoffset_current : 현재 공구의 Z축 offset량,
Xoffset_target : 변경할 공구의 X축 offset량,
Zoffset_target : 변경할 공구의 Z축 offset량을 나타낸다.
이후, 공구 교환 제어 장치(190)는 공구의 끝점 위치 좌표와 모재의 최외각 위치 좌표를 이용하여 모재와 충돌되지 않도록 공구 교환 가능한 이송 위치량을 산출한다(S270). 이때, 공구 교환 과정에서 공구가 모재와 충돌하지 않도록 하는 각 축별 최적의 이송량은 공구가 내경 공구가 있을 때와 없을 때를 구분하여 산출될 수 있다. 공구 교환 제어 장치(190)는 내경 공구가 없을 경우 가공물의 가공이 이루어진 부분의 가장 외각 위치의 값에서 현재 좌표값을 뺀 값에서 사용자 정의 여유량과 옵셋량의 가장 작은 값을 더하여 구할 수 있다. 반면, 공구 교환 제어 장치(190)는 내경 공구가 있을 경우에는 가공물의 가장 처음 값에서 현재 좌표값을 뺀 값에서 사용자 정의 여유량과 옵셋량의 가장 작은 값을 더하여 구할 수 있다.
여기서, 도 3을 참조하여, 내경 공구가 없을 경우 취득한 값에 의해 계산된 각 축의 이송량은 하기의 [수학식 2]로 구한다.
Figure 112011103626183-pat00002
여기서, 도 3을 참조하여, 내경 공구가 있을 경우 취득한 값에 의해 계산된 각 축의 이송량은 하기의 [수학식 3]으로 구한다.
Figure 112011103626183-pat00003
여기서, XL: 공구 교환 시 움직일 x축 최소 거리,
ZL: 공구 교환 시 움직일 z축 최소 거리,
Xlim: 가공물의 가공이 이루어진 부분의 가장 외각 x축 좌표,
Zlim: 가공물의 가공이 이루어진 부분의 가장 외각 z축 좌표,
X: 현재 x축 좌표값,
Z: 현재 z축 좌표값,
Xδ: 사용자 정의 x축 여유량,
Zδ: 사용자 정의 z축 여유량을 나타낸다.
이후, 공구 교환 제어 장치(190)는 터렛을 공구 교환 위치로 이송하고(S280), 공구 교환(터렛 회전)을 실행한다(S290).
도 4는 본 발명에 적용되는 옵셋 및 맵핑 데이터를 나타내는 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 옵셋 및 맵핑 데이터는 공구 옵셋 데이터로부터 사용자가 정의한 이송 여유량이 포함되어 맵핑된다. 옵셋 및 맵핑 데이터는 공구 번호(Tool Info.), 길이 번호(H: 길이 방향 옵셋), 지름 번호(D: 지름 방향 옵셋), 공구 방향, 이송 여유량이 포함되어 있다. 여기서, 이송 여유량은 사용자가 각 공구마다 이송시 여유량을 정의한 것이다. 공구 방향에는 내경 또는 외경 공구가 포함된다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
110 : HMI 120 : NC
130 : 이송 모터 140 : 공작기계
150 : 터렛 모터 160 : PLC
170 : NC 지령부 180 : NC 해석부
190 : 공구 교환 제어 장치 192: 공구 정보 분석부
194: 데이터 비교부 196: 위치 해석부

Claims (4)

  1. 공구 교환 지령에 따라 터렛의 회전 방향을 확인하고, 확인된 터렛의 회전 방향에 포함된 현재 공구와 교환될 공구 사이에 위치한 모든 공구의 번호를 획득하는 공구 정보 분석부(192);
    현 터렛의 위치에서 각 공구 끝점의 위치가 각 축별로 모재와 가장 근접한 공구를 찾기 위해 상기 공구 정보 분석부(192)에서 획득한 각 공구 번호의 공구에 대한 옵셋 및 맵핑 데이터를 이용하여 상기 현재 공구의 옵셋량과 상기 확인된 하나 이상의 공구의 옵셋량 간의 차이를 계산하여 모재와 가장 근접한 공구를 선택하는 데이터 비교부(194); 및
    상기 데이터 비교부(194)에서 선택된 공구의 끝점 위치 좌표와 상기 모재의 최외각 위치 좌표를 이용하여 상기 모재와 충돌되지 않도록 공구 교환 가능한 이송 위치량을 산출하는 위치 해석부(196)
    를 포함하는 공구 교환 제어 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 위치 해석부(196)는,
    상기 선택된 공구에 대해 미리 설정된 이송 여유량을 반영하여 이송 위치량을 산출하는 것을 특징으로 하는 공구 교환 제어 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 위치 해석부(196)는,
    상기 공구에 내경 공구가 포함되지 않은 경우에는, 상기 모재의 최외각 위치 좌표값에서 현재 공구의 위치 좌표값을 감산하고 상기 선택된 공구의 옵셋량을 가산하며, 상기 공구에 내경 공구가 포함되는 경우에는, 상기 모재의 원점 좌표값에서 현재 공구의 위치 좌표값을 감산하고 상기 선택된 공구의 옵셋량을 가산하는 것을 특징으로 하는 공구 교환 제어 장치.
  4. 옵셋 및 맵핑 데이터를 설정하고(S220), 모재의 최외각 좌표 데이터를 생성하여 모재를 가공하는 단계(S230);
    공구 교환 지령에 따라 터렛의 회전 방향을 확인하고, 확인된 터렛의 회전 방향에 포함된 현재 공구와 교환될 공구 사이에 위치한 모든 공구의 번호를 획득하는 단계(S240);
    현 터렛의 위치에서 각 공구 끝점의 위치가 각 축별로 모재와 가장 근접한 공구를 찾기 위해 획득한 각 공구 번호의 공구에 대한 옵셋 및 맵핑 데이터를 이용하여 상기 현재 공구의 옵셋량과 상기 확인된 하나 이상의 공구의 옵셋량 간의 차이를 계산하여 모재와 가장 근접한 공구를 선택하는 단계(S260);
    상기 선택된 공구의 끝점 위치 좌표와 상기 모재의 최외각 위치 좌표를 이용하여 상기 모재와 충돌되지 않도록 공구 교환 가능한 이송 위치량을 산출하는 단계(S270); 및
    상기 산출된 이송 위치량에 해당하는 공구 교환 위치로 이송하고(S280), 공구를 교환하는 단계(S290)
    를 포함하는 공구 교환 제어 방법.
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